Уголь горит как: Виды угля: какое топливо эффективней?

Содержание

Виды угля: какое топливо эффективней?

Уголь – это органическое вещество, которое образовалось из растительных остатков. Под воздействием давления и температур залежи торфа на протяжении целых веков превращались в породу. Сначала — в бурый уголь, затем — в каменный уголь, который трансформировался в антрацит.

На каждой стадии уголь меняет свои характерные свойства, которые напрямую влияют на его качество. В чём принципиальные отличия каждого вида?

Бурый уголь

Бурый уголь — самая молодая твёрдая горная порода, которая образовалась около 50 млн лет назад из торфа или лигнита. По своей сути, это «недозревший» каменный уголь.

Это полезное ископаемое получило своё название из-за цвета – оттенки варьируются от буро-рыжего до чёрного. Бурый уголь считается топливом низкой степени углефикации (метаморфизма). Он содержит в себе от 50% углерода, но также много летучих веществ, минеральных примесей и влаги, поэтому гораздо легче горит и даёт больше дыма и запаха гари.

В зависимости от влажности, бурый уголь делят на марки 1Б (влажность более 40%), 2Б (30-40%) и 3Б (до 30%). Выход летучих веществ у бурых углей составляет до 50%.

Фото: miningwiki.ru

При продолжительном контакте с воздухом бурый уголь имеет свойство терять структуру и растрескиваться. Среди всех видов угля он считается самым некачественным топливом, так как выделяет куда меньше тепла: теплота сгорания составляет всего 4000 — 5500 ккал\кг.

Бурый уголь залегает на небольших глубинах (до 1 км), поэтому его гораздо легче и дешевле добывать. Однако в России как топливо он применяется намного реже, чем каменный уголь. Из-за низкой стоимости бурому углю всё же отдают предпочтение некоторые мелкие и частные котельные и ТЭЦ.

В России крупнейшие месторождения бурого угля располагаются в Канско-Ачинском бассейне (Красноярский край).

В целом участок обладает запасами почти в 640 млрд т (около 140 млрд т пригодны для разработки открытыми способом).

Богато запасами бурого угля и единственное угольное месторождение в Алтае – Солтонское. Его прогнозируемые запасы составляют 250 млн т.

Около 2 трлн т бурого угля таит в себе Ленский угольный бассейн, расположенный на территории Якутии и Красноярского края. Кроме того, этот вид полезного ископаемого нередко залегает вместе с каменным углём – так, его также получают на месторождениях Минусинского и Кузнецкого угольных бассейнов.

Каменный уголь

Куда большую популярность в топливной энергетике имеет каменный уголь. Он намного старше бурого угля – возраст каменных отложений составляет порядка 350 млн лет. Каменный уголь куда более крепкое, твёрдое и тяжёлое полезное ископаемое, которое обычно залегает на глубинах от 2 км.

В этой горной породе чёрного цвета с матовым блеском содержится 75-95% углерода и при этом всего 5-6% влаги. За счёт высокой теплоты сгорания — около 5500-7500 ккал\кг — каменный уголь горит гораздо лучше, чем бурый.

По степени углефикации каменный уголь разделяют на множество разновидностей. Среди марок угля сегодня выделяют длиннопламенный (Д), газовый (Г), жирный (Ж), коксовый жирный (КЖ), коксовый (К), отощённый спекающийся (ОС), тощий (Т) и антрацит (А).

Все подвиды каменного угля отличаются степенью выхода летучих веществ, элементарным составом, теплотой сгорания, объёмным весом и выходом летучих веществ. Например, у каменных углей марок Г и Д выход летучих веществ составляет 30-50%, марок Т – 13%, А – 2-9%.

В тощих углях много углеродов, но мало летучих веществ и битумов. К газовым и жирным относятся угли с большим содержанием летучих веществ. А коксовые угли имеют наибольшую теплоту сгорания – свыше 8 тысяч ккал/кг.

Территория России изобилует количеством каменноугольных бассейнов, рассредоточенных в самых разных регионах. Главные «угольные» точки находятся в Минусинском, Кузнецком, Ленском, Тунгусском, Таймырском, Печорском, Южно-Якутском и Буреинском бассейнах.

Так, на территории Минусинского бассейна залегает около 2,7 млрд т каменного угля. А в Кузнецком угольном бассейне хранится порядка 61,6 млрд т разведанных запасов углей.

Также к крупнейшим месторождениям каменного угля причисляют Эльгинское месторождение в Якутии: его запасы составляют порядка 2,2 млрд т. Ещё одно месторождение – Элегестское (Тува) – обладает запасами в около 20 млрд т.

Антрацит

Наивысшей степенью углефикации обладает антрацит – конечная стадия сформирования угля. Все процессы гниения торфяных отложений завершены, каждый слой горной породы полностью спрессован, поэтому и вещества максимально сконцентрированы.

Антрацит легко отличить от других видов угля благодаря ярко выраженному чёрному цвету с металлическим блеском. Он обладает хорошей электропроводностью, имеет большую вязкость и практически не спекается.

Этот вид угля практически лишён влаги (не более 1-3%) и минеральных примесей, зато содержит много углерода (около 94%). Такие свойства обеспечивают очень высокую удельную теплоту сгорания — 8100-8350 ккал/кг. Выход летучих веществ колеблется от 3 до 4 %.

Чтобы поджечь антрацит, нужно постараться: он загорается только при температурах 600-700˚С, но в случае успеха не даёт дыма и горит почти без пламени (в отдельных случаях вообще без него). Кроме того, продукты сгорания данного топлива не имеют запаха.

В основном антрацит залегает на глубинах 6 км. Это довольно редкое полезное ископаемое: его доля среди мирового запаса угля составляет около 3%.

Россия занимает первое место по запасам антрацитов. Он залегает в следующих угольных бассейнах: Кузнецком, Таймырском, Грушевском, Тунгусском. Также эти полезные ископаемые обнаружены на Урале и в Магаданской области.

Как определить зольность?

Самой важной характеристикой угля является зольность – процентное содержание негорючего остатка (золы), образуемого из минеральных примесей топлива после его полного сгорания. С учётом зольности разработаны методы оценки эффективности обогащения угля, а также формируются цены на топливо.

Зольность измеряется в процентах от общей массы угля. Чем она выше, тем ниже теплота сгорания и, соответственно, качество угля. Поэтому именно зольность угля определяет его пригодность к использованию в качестве топлива. Так, уголь с 25-процентной зольностью относят к высокосортному, низкосортным считается уголь с показателем от 40%.

Определение зольности угля осуществляется одним стандартным методом: топливо полностью сжигают, потом проводят прокаливание зольного остатка до постоянной массы и непосредственно определяют её долю относительно изначальной массы топлива.

При сгорании углей проходит несколько этапов процесса превращения минеральных компонентов в золу. Все реакции проходят с разной скоростью и в разных температурных условиях. Масса и состав полученной золы разнятся в каждом отдельном озолении, поэтому точно определить зольность каждого вида угля в отдельности невозможно.

То же самое можно сказать и об остальных свойствах каменного, бурого угля или антрацита: они определяются целым рядом факторов, поэтому за основу берутся лишь усреднённые параметры.

Как разжечь уголь антрацит правильно 🔥 советы от печников

Что выгоднее, дрова или уголь

На первый взгляд может показаться, что ответ очевиден – дрова. Но, если сравнить стоимость угля и стоимость дров, становится понятно. Что выгоднее купить уголь антрацит. Главное знать, как разжечь уголь антрацит правильно. Ведь он заботится  не только о тепле в доме, но и о печи.

И вот почему:

  1. Дрова, даже самые твердые, при горении выделяют много сажи и гари, в отличие от угля. А значит, чистить топку и дымоход приходится чаще, чем при использовании такого угля, как уголь марки г, например.
  2. Дрова нужно хранить в отдельном помещении и сушить около трех лет, чтобы они давали сильный и сухой жар.
  3. Уголь в мешках хранить гораздо удобнее. Места занимают меньше, а уголь антрацит дает гораздо больше тепла и горит очень долго. Его удельная теплота сгорания достигает 7,4 — 9 тысяч ккал/кг, чего не дадут никакие дрова.
  4. Следить за топкой, если в ней горят дрова, приходится постоянно, а вот уголь требует гораздо меньше внимания.

Таким образом, пусть вас не пугает стоимость угля в Украине, привычные дрова обойдутся дороже. И не только в финансовом, как мы видим, отношении. Купить уголь антрацит все равно будет выгоднее, а использовать и хранить его намного проще. 

Как должна быть оборудована печь для угля

Если вы топите печь не постоянно, а изредка приезжая в загородный домик или на дачу. Нужно помнить о некоторых простых правилах, которые помогут вам пользоваться печью безопасно. Топить углем можно и дровяную печь, но при выполнении таких условий:

толщина стен топки достаточно большая, чтобы выдержать температуру горения угля
колосниковую решетку можно опустить ниже хотя бы на два уровня
печь оборудована отдельной от остальных систем вытяжкой
колосник и зольник одинаковые по размерам

Многие любят попариться в баньке на своем дачном участке. Можно купить уголь и использовать его и для банной печи. Но толщина ее стен не должна быть менее 35 см, чтобы выдержать длительное воздействие жара. Каменный уголь и уголь антрацит отличаются высокой теплоотдачей, поэтому стены печи должны быть толстыми и жаропрочными.

Как разжечь уголь антрацит правильно

Для начала, печь нужно очистить от золы и гари, подготовить ее к растопке. Затем, выполняем простые действия:

  1. Закладываем старую бумагу или газеты и немного сухих мелких щепок.
  2. Добавляем немного дров, желательно, установив их «шалашиком» или «колодцем» для лучшей циркуляции воздуха.
  3. Поджигаем бумагу спичками или специальной зажигалкой с длинным носиком.
  4. Важно помнить: дверцу топки нельзя открывать при открытой заслонке поддувала. Закрываем заслонку, открываем дверцу!
  5. Добавляем уголь антрацит мелкой фракции на прогоревшие дрова.
  6. После того, как разгорится мелкий уголь, добавляем более крупные куски, слоем до шести сантиметров.

Чтобы избежать спекания, которое иногда происходит, если вы используете уголь каменный, необходимо периодически перемешивать угли кочергой. Если вы храните уголь в мешках, при транспортировке на него все равно могла попасть пыль, которая и приводит к спеканию топлива. Достаточно слегка побрызгать водой на уголь антрацит, чтобы он не спекался.

Несколько советов от печников

Уголь антрацит практически не спекается, он очень твердый и не дает пыли.

Для того, чтобы уголь антрацит разгорался равномерно, стоит начать закладку топлива с мелких кусков, слоем в пять – шесть сантиметров. После того, как этот слой достаточно разгорится, увеличить толщину слоя до пятнадцати сантиметров. Заслонка поддувала должна быть приоткрыта. А когда каменный уголь или уголь антрацит достаточно разгорятся, ее нужно открыть полностью. По мере прогорания угля, добавлять топливо, открывая заслонку. Уголь распределять равномерно, по всей площади колосниковой решетки. Дверцу топки открывать только для того, чтобы добавить новую порцию угля. Помешивать уголь антрацит не нужно так часто, как дрова. Иначе он будет хуже гореть, а мелкие куски провалятся через решетку.

Очевидно, что использовать уголь для отопления жилого дома выгоднее и удобнее, чем дрова. Конечно, цена угля, на первый взгляд, кажется очень высокой, особенно, если вы хотите купить уголь антрацит. Но, по сравнению с тем, что дров приходится использовать гораздо больше, тепла они дают меньше, а забот доставляют немало, выбор может быть только один – уголь. Стоимость угля можно узнать, просто введя запрос в строку браузера: «уголь цена за тонну», «сколько стоит тонна угля», «стоимость угля в Украине», и так далее. Пусть вас не пугает цена угля, такой вид отопления все равно дешевле, чем электрический или газовый.

Помни: уголь может самовозгораться!

Информация о материале

У каменного угля есть  серьезный минус — свойство самовозгораться. То есть воспламеняться в результате непрерывно развивающихся окислительных реакций в самом этом веществе. Чаще всего подобное случается возникают с измельченным, а также влажным углем.

Под самовозгоранием углей понимают их воспламенение в результате самонагревания. Главной причиной самовозгорания углей является адсорбция ими кислорода и повышение температуры за счет длительного протекания в угле химических реакций с образованием продуктов окисления, полуокисления и т.п.

На территории Славгородского района и города Славгород в июле текущего года произошло несколько  случаев самовозгорания угля.  При покупке угля следует у поставщика требовать сертификат качества.

Во избежание случаев самовозгорания топлива следует неукоснительно соблюдать условия его хранения:

  • защитить сухое место хранения угля от воздействия солнечных лучей, прикрыв его несгораемым материалом;
  • не допускать загрязнения мест хранения угля древесными отходами;
  • не размещать новый уголь вместе с прошлогодними остатками, нельзя перемешивать разные сорта;
  • нельзя хранить уголь над подземными коммуникациями и сооружениями;
  • складирование должно проводиться равномерно, послойно для ограничения доступа воздуха внутрь штабеля с углем;
  • при длительном хранении штабель покрывают плотной коркой глины толщиной не менее 5 см, которую в летнее время необходимо опрыскивать 5-10-% раствором извести.

В летнее время внешними признаками очагов самовозгорания служат появление на поверхности угля невысыхающих влажных пятен (или исчезающих с восходом солнца), белых отметин, пропадающих с началом дождя, озолившихся кусков, искрение в ночное время.

При обнаружении очагов самовозгорания угля с температурой 60 градусов его необходимо перелопатить, складывая на свободном месте в отдельные штабеля высотой не более 50 сантиметров. Кроме того, нагретое топливо нужно удалить из куч, залить очаг горения водной 3-4-процентной суспензией гашеной извести.

Склонность угля к самовозгоранию зависит и от интенсивности притока кислорода из атмосферы воздуха, характера затрудненности отдачи тепла в окружающую среду. Если выделяющееся тепло не рассеивается с достаточной быстротой в окружающее пространство, то температура может достичь такого предела (80° — 90°С), что уголь загорится.

Длиннопламенные угли

Длиннопламенный уголь – каменный уголь марки «Д», согласно классификации каменного угля по маркам.

В течение многих миллионов лет на Земле происходят процессы преобразования растительных остатков в то или иное полезное ископаемое. Изначально из этих остатков образуется торф, потом, вследствие давления воды, слоев грунта, отсутствия кислорода, повышенной температуры, он трансформируется в бурый уголь, а затем и в каменный. В каменном угле также происходит процесс метаморфизма, то есть изменения. Связаны они с изменениями в количестве содержащейся в нем влаги, летучих веществ, углерода, от которых зависит, как активно будет гореть уголь. Также меняется и содержание такого компонента угля как витринит (от латинского «стекло»). Витринит образуется из стволов, пней, листьев и ветвей деревьев при переходе торфа в состояние угля при постоянном погружении в воду. Таким образом и формируется такой вид или марка каменного угля, как длиннопламенный, имеющий определенный химический состав и свойства.

Согласно статистическим данным, доказанные запасы каменного угля в России составляют примерно 49088 млн. т. Запасы же длиннопламенного угля равны не менее 50 % от общего запаса. Длиннопламенный уголь преобладает в Минусинском угольном бассейне, который расположен в Минусинской котловине в республике Хакассия. Добыча угля здесь была начата в 1904 году, а запасы угля составляют 2,7 млрд.т. Наиболее крупные месторождения – Изыхское и Черногорское. Славится длиннопламенным углем и Кузнецкий угольный бассейн, в частности месторождение Ерунаковское. Также недавно в с. Костенково Кемеровской области были обнаружены уникальные залежи длиннопламенного угля, который находится на небольшой глубине. Уже сейчас ведется его добыча на нескольких разрезах. В российской части Донецкого каменноугольного бассейна расположено около 2 млрд.т. длиннопламенного угля. На Дальнем Востоке запасы длиннопламенного угля составляют около 90 млн.т. Также богаты таким видом каменного угля Тунгусский, Иркутский, Южно-Якутский и другие бассейны. Большие запасы находятся и в Карагандинской области, в частности на угольном разрезе Жалын. Длиннопламенный уголь, по данным экспертов, на данном этапе – самый востребованный и перспективный вид угля.

Добыча длиннопламенного угля в вышеперечисленных источниках ведется как открытым образом с помощью разрезов, так и закрытым, шахтным способом. Способ добычи зависит это от глубины залегания пластов.

Длиннопламенный уголь – полезное ископаемое класса каменных углей. Состоит из высокомолекулярных соединений и имеет определенный химическо-вещественный состав.

Углерод 70-80 %
Сера 0,5-1 %
Зола 24-30 %
Влага 17,5-19 % (в самом куске угля находится материнская влага, а приобретенная составляет 8 %)
Летучие вещества В среднем 39-42 %

Удельная теплота сгорания — 5000-7000 Ккал/кг (в среднем 5800 Ккал/кг).

Показатели отражения витринита в длиннопламенном угле начинается от 0,4 % и заканчивается 0,79 %. Цвет длиннопламенного угля обычно серо-черный. Плотность такого угля средняя, равна 1-1,7 г/см3. Он довольно пористый, слоистость четко выражена. На стадии перехода от длиннопламенного угля к жирному может наблюдаться уменьшение пористости, а вследствие понижение упругости и механической прочности. Из-за высокого выхода летучих веществ уголь загорается очень быстро. Горит он длинным коптящим пламенем, что, собственно, и дало название данной марке угля. При горении длиннопламенный уголь не спекается, а его зола не шлакуется.

Как же происходит процесс горения длиннопламенного угля? Под воздействием температуры он нагревается. При этом из угля испаряется влага, которая поднимается в дымоход в виде пара. По мере роста температуры уголь начинает коксоваться и выделяет коксовый газ. Газ этот смешивается с вторичным воздухом (который появляется, когда приоткрывают топочную дверку), сгорает в нем и дает основное тепло. Очень важная деталь – газ должен гореть в области дожигания котла, а не в топочной камере. Потому что, если коксовый газ будет гореть вместе с углем, то последний нагреется слишком сильно и выделит еще определенное количество коксового газа. Следствием же этого будет неуправляемый процесс горения. Поэтому горение угля и горение газа должно происходить отдельно. Далее длиннопламенный уголь, достаточно нагревшись и выделив коксовый газ, превращается в кокс. Кокс, уже догорая, выделяет достаточное количество тепла для того, чтобы совершилось коксование еще одной порции угля. А регулируя подачу воздуха, можно регулировать процесс горения угля и количество вырабатываемого тепла. Тут же нужно сказать, что длиннопламенный уголь – лучшее топливо для печей и котлов любых конструкций. Потому что он легко загорается и не требует принудительной подачи воздуха.

Длиннопламенный уголь классифицируют в соответствии с классификацией по размеру кусков. То есть бывает ДКО (длиннопламенный уголь крупный орех), ДР (длиннопламенный рядовой), ДПК (длиннопламенный, плита крупная – самый универсальный и популярный вид угля), ДОМ (длиннопламенный орех мелкий) и пр. Причем, в каждом классе по крупности немного отличаются качественные характеристики угля (в пределах нескольких процентов). Так, например, у ДПК содержание золы 24,9 %, а у ДОМ уже 28 %.

Активированный уголь

В связи с тем, что длиннопламенный уголь легко горит и не требует поддува, он, как уже было сказано, лучший вид топлива для печей и котлов. Для того, чтобы он разгорелся, требуется минимум дров, что тоже очень экономно. То есть одна из сфер его применения – коммунально-бытовая. Помимо рядового потребителя, им пользуются для отопления котельных. Если в длиннопламенных углях небольшая зольность, то они могут служить сырьем для жидкого топлива и химических продуктов. А также для получения кокса и полукокса. Также длиннопламенные угли служат сырьем для производства специальных углеродных сорбентов и активированных углей, которые используются в фармакологии, для очистки любой жидкости. Но, конечно же, самое перспективное направление для длиннопламенного угля – это отопление. Так, например, Кемеровская область отапливается длиннопламенным углем из добытых запасов Кузнецкого бассейна. Если учесть, что зимой столбик термометра порой опускается ниже -30°С, то эффективность такой марки угля очевидна.

Уголь может гореть не хуже газа!

О газификации Сибири теперь не говорит только ленивый. В самом деле, обеспечивая газом половину Европы, наши правители не побеспокоились о том, чтобы на европейском уровне газифицировать сибирские территории, где большая и малая энергетика до сих пор на 90% использует уголь. Нормально ли, когда Новосибирская область газифицирована всего на 5,5%, тогда как в западных регионах страны этот показатель в десять раз выше? Не так давно губернатор НСО Василий Юрченко поставил вопрос о газификации перед руководством Газпрома. Процесс вроде как пошел, чему многие из нас, наверное, несказанно рады. Ведь ежегодно в Новосибирской области сжигается до 5 млн. тонн угля, что довольно много по меркам других регионов.

Казалось бы, уголь должен постепенно уйти в прошлое и остаться только в кошмарных снах. Однако у специалистов на сей счет есть другая точка зрения. Газификация, конечно же, вещь хорошая. Но и от угля не стоит спешить отказываться, тем более что в Сибири его полно, и он замечательного качества. Вопрос в том, чтобы использовать это топливо  по-новому, на более высоком, так сказать, техническом уровне. Как раз над этим вопросом лет десять назад задумались специалисты Института теплофизики СО РАН, и неожиданно для себя, практически случайно, пришли к потрясающим результатам. Выяснилось, что можно повысить потребительские качества угля и приблизить его химические свойства к газу и мазуту.

«Нами было установлено, – говорит Анатолий Бурдуков, заведующий отделом теплоэнергетики, – что при измельчении угля могут меняться его физико-химические свойства. Мы работали с углем разных марок – от бурого угля до антрацита, и выяснили, что при его измельчении в высоконапряженных мельницах можно качества угля приблизить к газу и мазуту. Обработанный таким способом уголь горит так, как будто это газовый факел».

Казалось бы, уголь должен постепенно уйти в прошлое и остаться только в кошмарных снах. Однако у специалистов на сей счет есть другая точка зрения. Газификация, конечно же, вещь хорошая. Но и от угля не стоит спешить отказываться, тем более что в Сибири его полно, и он замечательного качества.

Условное название для такого топлива – «механо-активированный уголь». Его качества были продемонстрированы на испытательных стендах мощностью в пять мегаватт. Результаты испытаний оказались столь успешными, что позволяют уже сейчас применять данную инновацию в большой и малой энергетике сибирских регионов. На первом этапе, считает Анатолий Бурдуков, механо-активированный уголь позволит осуществить замещение газа и мазута в системах розжига и подсветки пылеугольных энергетических котлов, применяемых в большой энергетике. «Уголь, – поясняет он, – в больших котлах и так горит прилично, если его хорошо разжечь. Но чтобы его разжечь, котел нужно в течение 4-5 часов разогревать газом или мазутом. Для этого нужно иметь второе топливо, которое не так дешево. Да и сам процесс этот хлопотный. А наш обработанный уголь горит, как мазут. Не надо его ничем подсвечивать. Нужно его обработать на специальных мельницах-активаторах, и в таком виде подавать в топку. Уголь, обработанный таким образом, горит там без всякого разогрева, что искренне удивляет энергетиков». 

Разогрев больших котлов – это лишь одно из направлений использования механо-активированного угля. «Надо сказать, – уточняет Анатолий Бурдуков, что запустить большой котел – само по себе есть уже большое дело». Котлы, как выясняется, запускать приходится несколько раз в год, на что уходят тонны мазута, который в несколько раз дороже угля. Кроме того, в зимнее время мазут нуждается в подогреве. В некоторых регионах для прогрева котлов используется солярка. Тоже весьма недешевый способ. Да и вообще, необходимость иметь запасы резервного топлива сама по себе усложняет работу энергетических систем. Специальный помол угля в этом случае обойдется дешевле, чем использование резервного топлива. Тем более что в нашей стране уже есть опытные образцы измельчителей, которые можно выпускать серийно.

Что касается малой энергетики, то здесь, считает Анатолий Бурдуков, можно полностью перейти на замещение газа и мазута. В ряде регионов часто используются газово-мазутные котлы, и из-за отсутствия газа котельные во многих поселках работают на мазуте, что само по себе весьма накладно. Иногда из-за недостатка средств региональные управляющие организации не могут обеспечить потребителей теплом на должном уровне. Использование механо-активированного угля могло бы решить эту проблему. Причем, переход на данный вид топлива можно осуществить достаточно быстро, над чем сейчас и работают специалисты Института теплофизики.

А вот в малой энергетике ситуация иная. Здесь топливо сгорает в среднем на 60% (все остальное превращается в шлак и золу). Котельные в провинциальных поселках, работающие на угле, производят жуткое зрелище, поскольку все вокруг них завалено шлаком, а в воздухе витает едкий запах гари.

В большой энергетике, пояснил Анатолий Бурдуков, полный переход к обработанному углю не имеет смысла, поскольку там топливо сгорает на 90%. Такова конструкция больших котлов, где уголь и так используется в виде пыли. Поэтому механо-активированный уголь, полученный специалистами Института теплофизики, нужен в таких котлах только для «затравки» (что, отметим, уже само по себе не мало). А вот в малой энергетике ситуация иная. Здесь топливо сгорает в среднем на 60% (все остальное превращается в шлак и золу). Котельные в провинциальных поселках, работающие на угле, производят жуткое зрелище, поскольку все вокруг них завалено шлаком, а в воздухе витает едкий запах гари.  Отсюда проистекают все надежды на скорую газификацию. В иных случаях топят мазутом, что, как мы сказали, влетает в копеечку. Так вот, механо-активированный уголь мог бы стать своего рода универсальным топливом для сибирской малой энергетики, заменив и дорогой мазут, и обычный, необработанный уголь. И в этом смысле он стал бы некой альтернативой газу.

В настоящее время примерно треть сжигаемого угля приходится именно на малую энергетику. И этот уголь, как заметил Анатолий Бурдуков, сгорает там «безобразно» –  отчего и появляются горы шлака и россыпи золы. Вдобавок ко всему здесь также необходимо иметь резервное топливо для запуска котлов. И иногда из-за безалаберности на местах, из-за неполадок в оборудовании, котельные выходят из строя в самый неподходящий момент (после чего начинается демонстративная операция МЧС по спасению замерзающих жителей маленьких поселков, где среди зимы вдруг «отрубился» котел).

В этом случае переход на использование механо-активированного угля мог бы не просто повысить КПД малых энергосистем, но и поднять культуру их обслуживания. Дело в том, что такой уголь требует деликатного обращения, и какого-нибудь вечно пьяного дядю Петю к нему бы просто не подпустили из-за техники безопасности и правил обслуживания подобных систем. Иначе говоря, в малой энергетике стало бы больше порядка, а значит – меньше ЧП.

Олег Носков

Есть ли уголь, который не дымит?

Спасти рядового частника

Продукты сгорания, выбрасываемые угольными котельными и печами частных домов, как правило, содержат недожог в виде сажистых частиц, тонкодисперсной пыли, ароматических углеводородов и других соединений. Визуально такие выбросы воспринимаются как дым – поток серо-черного газа из дымовой трубы. «Безусловно, при сжигании термококсовых брикетов тоже образуются газы (углекислый, водяной пар), однако они невидимы для глаза человека. Точно такие же газы, но в другой пропорции, образуются при сжигании природного газа. И они невидимы для глаза, что можно наблюдать в обычной газовой плите», — рассказывает Сергей Исламов.

В качестве основного потребителя термококсовых брикетов угольщики видят печи домов частного сектора. Но какой реальный вред городу они наносят, отапливаясь традиционным углем, на фоне промышленных гигантов – КрАЗа, тепловых станций СГК и т.п.? Поможет ли переход на брикеты в борьбе с давней бедой региона – «эффектом черного неба»?

Ежегодный объем выбросов в Красноярске – порядка 200 тыс. тонн в СО2-эквиваленте – эти цифры обнародовал недавно врио губернатора края Александр Усс. Согласно подсчетам, которые озвучил лидер местных «зеленых» Сергей Шахматов, в Красноярске углем отапливаются около 7300 частных домохозяйств и около тысячи незарегистрированных автономных источников отопления малых коммерческих предприятий. Все вместе они порождают около 2,3% (или порядка 4,5 тыс. тонн) от суммарных выбросов в атмосферу города, сжигая от 130 до 170 тыс. тонн угля в год. 

Вроде бы, 2,3% — это несущественно? «Существенно!, — уверен Сергей Степанов: — Таким регионам, как Красноярский край, бездымное топливо в виде термококсовых брикетов необходимо буквально как воздух – в прямом смысле. Частные дома края отапливаются углем – это сложившаяся данность, географическая особенность. Печные трубы домов располагаются низко, в безветрие весь дым и сажа оседают в самом низком атмосферном слое – полтора-два метра от земли – там, где фактически пребывают люди. Влияния угольных ТЭЦ, разумеется, никто не отрицает, но у них хотя бы высокие трубы, дающие большой радиус рассеяния. Массовое внедрение термококса, как топлива, способно резко улучшить экологическую обстановку в угольных регионах страны».

Местные экологи подтверждают – в зону превышения допустимых концентраций взвешенных веществ в воздухе, порождаемых бытовыми печами, попадает до 25% жителей Красноярска. Значит, необходимо радикально уменьшить экологический след угля, приблизив его сжигание по экологической безопасности к природному газу. Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН и его научный руководитель, академик РАН Алексей Конторович, активно поддерживают развитие производства и применения термококса и топливных брикетов из него, и предлагают разработать и запустить ФЦП «Низкоуглеродные угольные технологии». По словам Конторовича, это не только обеспечит технологический прорыв в угольной энергетике, металлургии и природоохранных технологиях, но и ослабит социальную напряженность в угледобывающих регионах России, обусловленную планомерным сокращением потребления этого твердого топлива в традиционных секторах экономики.

По словам Сергея Степанова, самый большой «подводный камень» нового продукта – это нужда в комплексности, которую не всегда удается обеспечить. «Дело в том, что производство термококса максимально экологично и рационально, если тепло, порождаемое в процессе, не выбрасывается в атмосферу, а используется. Иными словами, заводу требуется «присоединенная тепловая нагрузка». Идеальными потребителями этого тепла могли бы быть предприятия ЖКХ, но им оно, как ни странно, не нужно – у них есть свои генерирующие мощности, рынок сбыта, и нет мотивации реконструировать сложившуюся и функционирующую систему. Поэтому главная задача – не просто построить фабрику с термококсовыми котлами, а создать комплекс из завода и потребителей его тепла». Но вот найти «неподключенных потребителей» в сложившейся и устойчивой системе рынка теплогенерации не так-то просто.

Отопление дома — чем топить?

В статье про отопление в Болгарии мы рассмотрели основные способы отопления частных домов и квартир, теперь расскажем о видах топлива.
С огнем в камине очень уютноЕсли с электричеством все более или менее понятно, то печи у бывших городских жителей вызывают определенные опасения. Избалованные центральным отоплением, россияне в большинстве своем не имеют необходимых навыков и не очень хорошо представляют себе, как топить печи и камины.
Волноваться не стоит: болгарский камин – это не русская печь, растопить его несложно. А вот что использовать для растопки – вопрос интересный. Есть следующие варианты:

  • • Дрова. Большинство болгар топит именно дровами – преимущественно дубовыми или буковыми. Дрова могут продаваться полностью готовые к употреблению, то есть напиленные, наколотые и сложенные в Дровааккуратные «фигуры» — они стоят подороже. Можно сэкономить и купить «полуфабрикаты» — то есть бревна, которые надо самостоятельно пилить, колоть и складывать. В любом случае, дрова – это экологично, недорого и романтично. Но нужно иметь в виду, что их надо где-то хранить (как минимум под навесом, а лучше в закрытом помещении), что иногда в дровах могут быть какие-то насекомые (совсем необязательно, впрочем), что их нужно периодически носить в дом (в любую погоду), и что в процессе швыряния дров в камин можно занозить руки. Стоимость 1 тонну дров – 140 левов (цены осени 2020 года).
  • • Пеллеты. ПеллетыЭто такие маленькие гранулы, сделанные из опилок и соломы. Хорошо горят, ярко и жарко. Но для обычных каминов их использовать нецелесообразно: во-первых, дымят; во-вторых, слишком быстро сгорают, а в-третьих, проваливаются через решетку в ящик для пепла. Больше подходят для систем отопления с автоматической подачей пеллет в топку. Стоимость 15-килограммового пакета в «Бриколаже» — около 6-8 лв. Насколько такого пакета хватит, если топить только им, сказать сложно, но вряд ли надолго.
  • • Брикеты. Бывают просто брикеты и эко-брикеты. Первые делаются из опилок и всякого другого горючего мусора, вторые – из экологически Экобрикетычистого горючего мусора. Хорошо загораются, жарко горят, заноз от них нет. Если покупать небольшие упаковки по 10 кг, то получается не очень выгодно (10 кг стоит где-то 5 левов, хватает на пару-тройку дней максимум). Если покупать помногу оптом – то отличная альтернатива дровам. Подороже, конечно, зато ни рубки, ни колки, ни заноз.
  • • Уголь. Уголь горит долго – дольше, чем дрова и брикеты. И горит жарче. Но, кажется, это единственные его достоинства. Потому что разгорается уголь долго, и от него больше дыма и чада. Ну и, соответственно, при сжигании угля дымоход сильнее забивается сажей, поэтому приходится в течение зимы пару-тройку Уголь в мешкахраз производить прочистку. Да и вообще, возня с углем – очень грязное дело. Стоимость 25-килограммового мешка угля – 9-10 лев.
  • • Торфяные брикеты. Дом у нас пока слабо утеплен, поэтому вопрос обогрева стоит остро. Мы находимся в постоянном поиске оптимальных вариантов. Уголь слишком грязный, дрова и брикеты слишком быстро горят, а нам хотелось найти вариант, который будет сочетать достоинства всех этих видов топлива. И, похоже, такой вариант нашелся – торфяные брикеты.
    Выглядят они как кирпичи темно-серого цвета, упаковки компактные и Вот так выглядят торфяные брикеты в «исходном» видеотносительно легкие – по 11 кг, а не 25, т.е. могут переносить женщины и дети, а не только могучие мужчины. Упаковки затянуты в полиэтилен, не боятся воды при перевозке и хранении. Для нас это оказалось важно, потому что у нас в этом году подсолнечные брикеты попали под дождь и превратились в кашу, а с торфяными такой беды не случится.
    Производитель обещал, что гореть они будут долго, и честно предупредил, что показатель зольности у такого топлива выше, чем у других. По факту оказалось, что золы образуется не больше, чем от других брикетов. Т.е. ящик для пепла заполняется, но не переполняется. Горят они примерно в 3-4 раза дольше, чем обычные брикеты из подсолнечника или дрова (в зависимости от манипуляций с заслонками получается от 2 до 5 часов), при этом температура остается стабильной, падает только в конце процесса сгорания. Торфяные брикеты горят и греют долгоЭто очень удобно, поскольку не требуется постоянно бегать подбрасывать топливо. В общем, мы остались таким вариантом довольны. Продолжаем экспериментировать, сочетая их с брикетами из подсолнечника, дровами и самодельными угольно-пелетными брикетами.
    Да, еще одно преимущество торфяных брикетов – пепел от них может использоваться в качестве удобрения. По слухам, его и для мульчирования используют, но тут лучше посоветоваться с более продвинутыми садоводами, чем мы.
    Мы покупали такие торфяные брикеты около 5 лев за упаковку 11 кг. К сожалению, позднее они нам в продаже не встречались.

 
Идеального решения, конечно, нет, хотя торфяные брикеты к нему наиболее близки. Нам кажется, что лучше всего комбинировать несколько видов топлива, то есть топить попеременно углем, дровами, брикетами, ну и пеллеты иногда использовать (с ними лучше всего разжигать). И дополнительно обогреваться электричеством при необходимости (когда сильные морозы, то есть изредка).

Личный опыт

В первую нашу зиму мы накупили запас угля. Одной зимы оказалось достаточно, чтобы понять, что этот вариант нам не подходит. Потемнел потолок, посерели занавески, а котик с удовольствием залезал в емкость с углем, а потом прогуливался черными лапками по светлым (до того момента) диванам. С другой стороны, уголь можно заложить в печь ночью, и утром камин еще не остынет – это большой плюс, особенно в холодное время.
Поэтому мы решили перейти на дрова. И действительно, с дровами все пошло получше. А уголь мы теперь стараемся использовать только холодными ночами.
Брикетики с углем делаем самиТак что сейчас мы потихоньку приканчиваем угольные запасы. Изобрели небольшой лайфхак, позволяющий использовать уголь оптимальным способом. В дом уголь не заносим, засыпаем его в бумажные пакеты, добавляем пеллеты, чтобы лучше загорался, и заклеиваем бумажным скотчем. Получаются такие небольшие аккуратные свертки-брикетики, которые не пачкают руки. Пары-тройки таких брикетов хватит, чтобы камин не остывал до утра.
В основном же мы теперь топим дровами, иногда – в особенно холодные дни – брикетами. Брикеты используем и для растопки (торфяные брикеты для растопки не подходят). Кубик сухого спирта, кусок бумаги и брикет – стандартный набор, чтобы запалить печь, а дальше уже можно добавлять дровишки.
Отопительный сезон у нас (Добрич) длится с начала ноября по конец марта, но большую часть этого времени мы топим только по ночам. Лишь когда за окном отрицательная температура, камин горит круглосуточно, но это случается не так уж и часто.
Для нашего дома на всю зиму нужно около 8 кубов дров, для других домов может быть побольше или поменьше.
Есть у нас и обогреватель, но его мы практически не используем. А вот электрическое одеяло – вещь очень нужная, и ее мы настойчиво рекомендуем. Хотя в Добриче воздух достаточной сухой, и здесь нет проблемы влажных простыней, характерной для приморских районов, возможность согреть постель кажется нам очень ценной. Стоит такое одеяло около 50 лев (если без скидки, но можно купить и вдвое дешевле), работает от сети, электричества потребляет немного.
Что касается кондиционера, то без него мы спокойно обходимся. У нас в городе Добрич (Болгария) и окрестностях в летние ночи практически не бывает духоты, воздух свеж и ароматен, и открытых окон вполне достаточно для того, чтобы не мучиться от жары.
 
Вам также могут быть интересны другие наши статьи:
Электричество в Болгарии: наш опыт
Стоимость жизни в Болгарии летом: наши траты
Домик на курорте: за и против
 
Нравится статья? Поделитесь с друзьями, нажав на кнопки соцсетей! Спасибо!

Сжигание угля, ископаемое топливо, загрязнение

В жаркий августовский день на юго-западе Индианы гигантская генерирующая станция Гибсона вышла из строя. Его пять котлов высотой 180 футов (54,9 метра) заглатывают 25 тонн (22,7 метрических тонны) угля каждую минуту, посылая паровой взрыв мощностью в тысячу градусов через турбины, которые вырабатывают более 3000 мегаватт электроэнергии, 50 процентов. больше, чем плотина Гувера. Система охлаждения завода изо всех сил пытается не отставать, и в диспетчерской издают звуки предупреждения, когда температура выхлопных газов повышается.

Но в такой день, как этот, когда кондиционеры гудят по всему Среднему Западу, а спрос на электроэнергию близок к рекордным уровням, невозможно. Гибсон, одна из крупнейших электростанций в стране, является опорой электроснабжения региона, поставляя в сеть достаточно энергии для трех миллионов человек. Выйдя из душного завода в офисы с кондиционерами, Анджелина Протогер из Cinergy, коммунального предприятия в Цинциннати, владеющего Gibson, с благодарностью говорит: «Вот почему мы создаем всю эту мощность.»

В следующий раз, когда вы включите кондиционер или вставите DVD, подумайте о таких местах, как Гибсон, и о грязном топливе, которое он потребляет со скоростью три поезда по 100 вагонов в день. Угольные электростанции, подобные этой поставляют в Соединенные Штаты половину электричества. Они также выделяют множество вредных веществ, включая диоксид серы — главную причину кислотных дождей — и ртуть. И они выделяют столько же разогревающего климат углекислого газа, сколько американские автомобили, грузовики, автобусы и т. и самолеты вместе

В небольших демонстрационных проектах инженеры изучают технологии, которые могут превратить уголь в энергию без этих экологических издержек.Тем не менее, если в ближайшее время коммунальные предприятия не начнут строить такие станции — а их будет много, — в будущем, вероятно, будет гораздо больше традиционных станций, таких как Gibson.

Прожорное потребление электричества прошлым летом было всего лишь предварительным просмотром. По данным Министерства энергетики США, стремление американцев к большим домам, наряду с ростом населения на Западе и зависимым от кондиционирования воздуха Юго-Востоком, помогут поднять аппетит США к власти на треть в течение следующих 20 лет. А в развивающихся странах, особенно в Китае, потребности в электроэнергии будут расти еще быстрее, поскольку фабрики растут, а сотни миллионов людей покупают свои первые холодильники и телевизоры.Большая часть этого спроса, вероятно, будет удовлетворена за счет угля.

За последние 15 лет коммунальные предприятия США, нуждающиеся в увеличении мощности, в основном построили установки, сжигающие природный газ, относительно чистое топливо. Но почти утроение цен на природный газ за последние семь лет остановило многие газовые электростанции и затруднило новое строительство. Ни ядерная энергия, ни альтернативные источники, такие как ветер и солнце, похоже, не смогут удовлетворить спрос на электроэнергию.

Между тем, более четверти триллиона тонн угля лежит под ногами, от Аппалачей через Иллинойсский бассейн до Скалистых гор — этого достаточно, чтобы прослужить 250 лет при сегодняшних темпах потребления.Вы слышите это снова и снова: США — это угольная Саудовская Аравия. Около 40 угольных электростанций сейчас проектируются или строятся в США. Китай, также богат углем, может построить несколько сотен к 2025 году.

Добыча угля, достаточного для удовлетворения этого растущего аппетита, отразится на землях и общинах. Из всех ископаемых видов топлива уголь выделяет больше всего углекислого газа на единицу энергии, поэтому его сжигание представляет дополнительную угрозу для глобального климата, вызывающего тревогу. При активной поддержке правительства угольные компании сократили количество загрязняющих веществ, таких как диоксид серы и оксиды азота, установив такое оборудование, как скрубберы размером со здание и каталитические установки, расположенные за заводом Гибсон.Но углекислый газ, который вызывает глобальное потепление, просто попадает в трубы — почти два миллиарда тонн его ежегодно вырабатывается угольными электростанциями США. В течение следующих двух десятилетий эта сумма может вырасти на треть.

Нет простого способа уловить весь углекислый газ из традиционной угольной станции. «Прямо сейчас, если вы возьмете растение и установите на него устройство для улавливания углерода, вы потеряете 25 процентов энергии», — говорит Хулио Фридманн, изучающий управление углекислым газом в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса.Но новый тип электростанции может это изменить.

В ста милях (161 км) вверх по реке Вабаш от завода Гибсон находится небольшая электростанция, совсем не похожая на гигантские котлы Гибсона и паровые турбины. Этот напоминает нефтеперерабатывающий завод, все цистерны и серебристые трубы. Вместо сжигания угля завод на реке Вабаш химически преобразует его в процесс, называемый газификацией угля.

Завод Wabash смешивает уголь или нефтяной кокс, напоминающий уголь остаток нефтеперерабатывающих заводов, с водой и чистым кислородом и закачивает его в высокий резервуар, где в результате реакции пламени смесь превращается в горючий газ.Другое оборудование удаляет серу и другие загрязняющие вещества из синтез-газа, как его называют, до того, как он будет сожжен в газовой турбине для производства электроэнергии.

Очистка несгоревшего синтез-газа дешевле и эффективнее, чем пытаться отсеивать загрязняющие вещества из выхлопных газов электростанции, как это делают скрубберы на таких заводах, как Gibson. «Эту электростанцию ​​называют самой чистой угольной электростанцией в мире», — говорит Стивен Вик, генеральный директор завода в Вабаше. «Мы очень гордимся этим отличием».

Синтез-газ можно обрабатывать даже для удаления диоксида углерода.Завод Wabash не пойдет на этот шаг, но заводы будущего могут. По словам Вик, газификация угля «представляет собой технологию, предназначенную для полного удаления CO2». Углекислый газ можно закачивать глубоко под землю в истощенные нефтяные месторождения, старые угольные пласты или заполненную жидкостью породу, изолированную от атмосферы. И в качестве бонуса, удаление углекислого газа из синтез-газа может оставить чистый водород, который может служить топливом для нового поколения экологически чистых автомобилей, а также вырабатывать электроэнергию.

Завод Wabash и аналогичный завод около Тампы, Флорида, были построены или отремонтированы на государственные деньги в середине 1990-х годов, чтобы продемонстрировать, что газификация является жизнеспособным источником электроэнергии.Проекты в Северной Дакоте, Канаде, Северном море и других местах проверяли другие части уравнения: улавливание углекислого газа и его улавливание под землей. Исследователи говорят, что им нужно больше знать о том, как ведет себя захороненный углекислый газ, чтобы быть уверенным, что он не просочится обратно — потенциальная угроза для климата или даже для людей. Но Фридманн говорит: «Для первого этапа у нас достаточно информации, чтобы сказать:« Это несложно. Мы знаем, как это сделать »».

Однако это не гарантия, что коммунальные предприятия примут технологию газификации.«Тот факт, что это доказано в Индиане и Флориде, не означает, что руководители сделают на это ставку в миллиард долларов», — говорит Уильям Розенберг из Гарвардской школы государственного управления им. Кеннеди. Две газификационные электростанции в США вдвое меньше большинства коммерческих электростанций и оказались менее надежными, чем традиционные электростанции. Эта технология также стоит на 20 процентов дороже. Самое главное, у компании мало стимулов брать на себя дополнительный риск и расходы, связанные с экологически чистыми технологиями: на данный момент U.Коммунальные предприятия S. могут свободно выделять углекислый газ в любом количестве.

Генеральный директор Cinergy Джеймс Роджерс, человек, отвечающий за Gibson и восемь других предприятий по выбросу углерода, говорит, что он ожидает, что ситуация изменится. «Я действительно верю, что у нас будет регулирование выбросов углерода в этой стране», — говорит он и хочет, чтобы его компания была к этому готова. «Чем раньше мы приступим к работе, тем лучше. Я считаю, что очень важно, чтобы мы развили способность связывать углерод». Роджерс говорит, что намеревается построить электростанцию ​​с газификацией в промышленных масштабах, способную улавливать углекислый газ, и несколько других компаний объявили о подобных планах.

Закон об энергии, принятый Конгрессом США в июле прошлого года, предлагает помощь в виде гарантий по кредитам и налоговых льгот для проектов газификации. «Это должно дать толчок развитию событий», — говорит Розенберг, который выступал за эти меры в своем выступлении перед Конгрессом. Опыт строительства и эксплуатации первых нескольких заводов должен снизить затраты и повысить надежность. И рано или поздно, говорит Роджерс, новые законы об окружающей среде, устанавливающие цену за выбросы углекислого газа, сделают чистые технологии гораздо более привлекательными.«Если стоимость углерода составляет 30 долларов за тонну, удивительно, какие виды технологий будут развиваться, чтобы позволить вам производить больше электроэнергии с меньшими выбросами».

Если он прав, однажды мы сможем охлаждать наши дома без включения термостата на всей планете.

Уголь и окружающая среда — Управление энергетической информации США (EIA)

Уголь — богатый источник топлива, производство и преобразование которого в полезную энергию относительно недороги.Однако производство и использование угля влияет на окружающую среду.

Последствия добычи угля

Открытые шахты (иногда называемые разрезами ) были источником около 62% угля, добытого в Соединенных Штатах в 2019 году. Эти горные работы удаляют почву и породу над угольными отложениями, или пластов . Самые большие открытые шахты в Соединенных Штатах находятся в бассейне Паудер-Ривер в Вайоминге, где залежи угля находятся близко к поверхности и имеют толщину до 70 футов.

Удаление горных вершин и горные работы в долинах затронули большие территории Аппалачских гор в Западной Вирджинии и Кентукки. При таком виде добычи угля вершины гор снимаются с помощью взрывчатки. Эта техника меняет ландшафт, и ручьи иногда покрываются камнями и грязью. Вода, стекающая из этих заполненных долин, может содержать загрязняющие вещества, которые могут нанести вред водным животным, живущим ниже по течению. Хотя горная добыча существует с 1970-х годов, ее использование стало более распространенным и противоречивым, начиная с 1990-х годов.

Законодательство США требует, чтобы стоки пыли и воды с территорий, затронутых добычей угля, контролировались, и территория должна быть восстановлена ​​на , близка к исходному состоянию.

Подземные шахты обычно меньше влияют на ландшафт, чем карьерные. Однако земля над шахтными туннелями может обрушиться, и кислая вода может стекать из заброшенных подземных шахт.

Метан, образующийся в угольных месторождениях, может взорваться, если он концентрируется в подземных выработках.Этот метан угольных пластов необходимо выпускать из шахт, чтобы сделать шахты более безопасными для работы. В 2018 году выбросы метана от добычи угля и заброшенных угольных шахт составили около 11% от общих выбросов метана в США и около 1% от общих выбросов парниковых газов в США (исходя из потенциала глобального потепления). Некоторые шахты улавливают и используют или продают метан угольных пластов, добытый в шахтах.

Выбросы от сжигания угля

  • Двуокись серы (SO2), вызывающая кислотные дожди и респираторные заболевания
  • Оксиды азота (NOx), способствующие возникновению смога и респираторных заболеваний
  • Твердые частицы, способствующие возникновению смога, дымки, респираторных заболеваний и болезней легких
  • Двуокись углерода (CO2), который является основным парниковым газом, образующимся при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть и природный газ)
  • Ртуть и другие тяжелые металлы, которые были связаны как с неврологическими нарушениями, так и с нарушениями развития у людей и других животных
  • Летучая зола и зольный остаток, которые образуются при сжигании угля на электростанциях

В прошлом летучая зола выбрасывалась в воздух через дымовую трубу, но теперь законы требуют, чтобы большая часть выбросов летучей золы улавливалась устройствами контроля загрязнения. В Соединенных Штатах летучая зола и зольный остаток обычно хранятся рядом с электростанциями или на свалках. Выщелачивание загрязняющих веществ из хранилищ угольной золы и свалок в грунтовые воды, а также разорвавшиеся несколько крупных накопителей угольной золы представляют собой экологическую проблему.

Снижение воздействия угля на окружающую среду

Закон о чистом воздухе и Закон о чистой воде требуют от предприятий сокращения выбросов загрязняющих веществ в воздух и воду.

Угольная промышленность нашла несколько способов уменьшить содержание серы и других примесей в угле.Промышленность также нашла более эффективные способы очистки угля после его добычи, и некоторые потребители угля используют уголь с низким содержанием серы.

На электростанциях

используется оборудование для обессеривания дымовых газов, также известное как скрубберы , для очистки дыма от серы до того, как он покинет дымовые трубы. Кроме того, угольная промышленность и правительство США сотрудничали в разработке технологий, которые могут удалять примеси из угля или повышать энергоэффективность угля, что снижает количество сжигаемого угля на единицу произведенной полезной энергии.

Оборудование, предназначенное в основном для уменьшения выбросов SO2, NOx и твердых частиц, также может использоваться для сокращения выбросов ртути из некоторых видов угля. Ученые также работают над новыми способами сокращения выбросов ртути на угольных электростанциях.

В настоящее время ведутся исследования по снижению выбросов углекислого газа при сжигании угля. Один из методов — это улавливание углерода , при котором CO2 отделяется от источников выбросов и улавливается в концентрированном потоке. Затем углекислый газ можно закачать под землю для постоянного хранения или секвестрации или .

Повторное использование и рециркуляция также могут снизить воздействие добычи и использования угля на окружающую среду. Земли, которые ранее использовались для добычи угля, могут быть восстановлены и использованы под аэропорты, свалки и поля для гольфа. Отходы, улавливаемые скрубберами, могут использоваться для производства таких продуктов, как цемент и синтетический гипс для стеновых плит.

Последнее обновление: 1 декабря 2020 г.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ С УГЛЕМ, НЕФТЬЮ И ГАЗОМ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ С УГЛЕМ, НЕФТЬЮ И ГАЗОМ

За последнюю четверть века мы достигли осознают, что в жизни есть нечто большее, чем материальные блага и услуги, которые «некоторые из лучших вещей в жизни бесплатны.»Удовольствие, которое мы получаем от дыхания свежим воздухом, питья чистого воды, и наслаждаться красотой, которую даровала природа, бесценно и необходимо не приносить в жертву. Более того, проигрывая они прямо или косвенно приведут к неисчислимым экономическим потерям. Мы пришли к пониманию важности наше окружение.

Много было сказано и написано об экологических проблемах ядерной энергетики, и они будут подробно обсуждаться в этой книге.Но в этой главе мы рассмотрим самые разные экологические проблемы при сжигании ископаемого топлива — угля, нефти и газа. Вероятно, они превосходят любые другие Человеческая активность. Те, у кого есть получили наибольшую огласку в последние годы были «теплицы». эффект, «который меняет климат Земли; кислотный дождь, который уничтожение лесов и убийство рыбы; и загрязнение воздуха, которое убивает десятки тысяч американских граждан каждый год, делая десятки миллионов больных и ухудшение качества нашей жизни другими способами.Мы обсудим каждый из них по очереди, а затем резюмируем некоторые из них. другие проблемы, привлекшие меньшее внимание. Но сначала мы должны начать с некоторых основ.

Уголь, нефть и газ состоят в основном из углерода и водорода. Процесс, который мы называем «горением», на самом деле является химическим. реакции с кислородом воздуха. За по большей части углерод соединяется с кислородом с образованием диоксида углерода (CO 2 ), а водород соединяется с кислородом с образованием водяного пара (H 2 0). В обеих этих химических реакциях значительное количество энергии выделяется в виде тепла. Поскольку нагрев — это то, что необходимо для того, чтобы вызвать эти химические реакций, у нас есть цепная реакция : реакции вызывают тепло, которое вызывает реакции, которые вызывают тепло, и так на. После запуска процесс продолжается пока почти все топливо не пройдет процесс (т.е. не сгорит), или пока что-то не будет сделано, чтобы остановить это. Из Конечно, причина всего этого в том, чтобы вывести тепло.

выделяемый углекислый газ является причиной парникового эффекта, который мы будем обсуждать. Большой уголь завод ежегодно сжигает 3 миллиона тонн угля для производства 11 миллионов тонн угля. углекислый газ. Выпуск водяного пара не представляет проблем, так как количество в атмосфере определяется испарение из океанов — если при сжигании производится больше, тем меньше испарится с морей.

ТЕПЛИЧНЫЙ ЭФФЕКТ

Электромагнитный излучение — чрезвычайно важное физическое явление, которое требует различные формы в зависимости от длины волны.(Понятие длины волны легче всего понять для воды. волны, где это расстояние между последовательными гребнями. Для электромагнитных волн это расстояние между последовательными пиками электрического и магнитного полей.) Обычные радиоприемники используют самые длинные волны представляющих интерес, от 200 до 600 метров для станций AM. FM-радио и телевидение используют длины волн от нескольких метров (UHF) до менее 1 метра (VHF). Микроволны, знакомы по печам, в которых они используются, и радару, который играет жизненно важную роль в военных целях, а также используется полицией для поимки спидеров, более короткие длины волн, в диапазоне от сантиметров до миллиметров.Видимый свет — это электромагнитные волны с гораздо более короткие волны, от 0,0004 миллиметра для фиолетового до 0,00055 миллиметра для зеленого и 0,0007 миллиметра для красного. Длины волн между точками, где заканчивается видимость (0,0008 миллиметра) и начало микроволнового диапазона (0,1 миллиметра) называется инфракрасный .

Каждые объект во Вселенной постоянно излучает электромагнитное излучение и поглощает (или отражает) то, что на него падает.По законам физики длина волны излучаемого излучение уменьшается обратно пропорционально увеличению температуры. (Здесь мы используем абсолютную температуру, которая равна Температура по Фаренгейту плюс 460 градусов). Например, нить накаливания лампочки, которая обычно составляет 6000 абсолютных градусов, излучает видимый (желтый) свет, в то время как наши тела, которые обычно при 559 абсолютных градусах (460 + 98,6) испускают излучение примерно в 11 раз большая длина волны, которая находится в инфракрасной области и, следовательно, не видимые — поэтому мы не светимся в темноте.Более применимой к нашему обсуждению является поверхность Солнца, которая находится на 11000 градусов и поэтому излучает видимый свет, который мы можем ясно видеть, а поверхность Земли, которая при температуре около 520 градусов излучает инфракрасное излучение, как мы знаем от того, что его не видно темной ночью.

скорость, с которой объект испускает энергию излучения, очень быстро увеличивается с повышение температуры (удвоение абсолютной температуры увеличивает радиация в 16 раз).Вот почему рука помещенный рядом с лампочкой, намного больше нагревается излучением нити накала когда жарко (свет горит), чем когда холодно (свет не горит). Теперь давайте рассмотрим голый объект в космос, такой как наша луна. Он получает и поглощает солнечное излучение, что увеличивает его температуру, и это повышенная температура заставляет его излучать больше излучения. Благодаря этому процессу равновесная температура, при которой количество испускаемого излучения просто равно сумме, которую он получает от солнца.Это определяет среднюю температуру Луны. Если бы это была вся история, наша Земля будет на 54 градуса холоднее, чем есть на самом деле, и почти вся земля будет покрытый льдом.

причина различия в том, что атмосфера Земли содержит молекулы которые поглощают инфракрасное излучение. Они делают не поглощают видимое излучение, исходящее от Солнца, поэтому Земля получает свое полная доля этого. Но часть инфракрасное излучение, излучаемое Землей, поглощается этими молекулами, которые затем переиздайте его, часто обратно на Землю.Это то, что обеспечивает дополнительный обогрев. Это также процесс, который согревает растения в теплица — стеклянная крыша не поглощает видимый свет, идущий от солнце, но инфракрасное излучение, исходящее от растений, поглощается стекло и большая его часть излучается обратно к растениям. Отсюда и название процесса — парниковый эффект. Это также причина того, что автомобили жарко при парковке на солнце; входящее видимое излучение проходит через стеклянные окна, в то время как инфракрасное излучение, излучаемое салоном автомобиля, поглощается стеклом, и большая его часть выбрасывается обратно в интерьер.

Молекулы в атмосфере, которые поглощают инфракрасное излучение и тем самым увеличивают температуры называются парниковыми газами. Двуокись углерода — эффективный парниковый газ. Атмосфера Венеры содержит огромное количество углерода. диоксида, повышая его температуру на 500 градусов по сравнению с тем, что было бы без атмосферы. Вот почему ни один космонавт никогда не сможет приземлиться на Венеру. Марс, с другой стороны, не имеет атмосферы и имеет температуру, ожидаемую из простых соображений, обсужденных выше в связи с нашей луной.

Наши Проблема в том, что при сжигании угля, нефти и газа образуется углекислый газ, который добавляет к поставке уже в атмосфере, увеличивая парниковый эффект и тем самым повышая температуру Земли. До наступления индустриальной эпохи концентрация углекислого газа в атмосфере было менее 280 ppm (частей на миллион). Это было определено путем анализа пузырьков воздуха, захваченных сотни или тысячи лет назад в Антарктике и Ледяные шапки Гренландии.К 1958 году углерод концентрация диоксида выросла до 315 частей на миллион, а к 1986 году она составляла 350 частей на миллион. Средняя температура Земли составила было примерно на 1 градус теплее в 20-м века, чем в 19 веке, что близко к тому, что от этого увеличение углекислого газа. Поскольку скорость сжигание угля, нефти и газа возрастает, так же как и скорость увеличения углекислый газ в атмосфере.

Прогнозирование ожидаемое повышение температуры очень сложно, но поскольку это так важно, много усилий было потрачено на получение оценки.Результаты обычно обсуждается с точки зрения удвоения концентрации углекислого газа, с 350 промилле до 700 промилле. Если текущие тенденции продолжаем, это произойдет в следующем столетии, возможно, уже в 2030 году. 1 Прямой эффект удвоения углерода диоксида в атмосфере повысит среднюю температуру Земли на 2,2 ° F. Два побочных эффекта подчеркнут это. повышение температуры. Во-первых, что Повышенная температура вызывает испарение большего количества воды из океанов, что увеличивает количество молекул воды в атмосфере; водяной пар также парниковый газ.Другой заключается в том, что там было бы меньше льда и снега; они отражают видимый свет от солнца которые в противном случае были бы поглощены поверхностью Земли.

Там необходимо учитывать множество других факторов меньшей важности. Некоторые из этих факторов, как правило, снижают согревающий эффект:

  • Облака, порожденные повышенным испарение воды, улавливает часть излучения, поступающего от солнца и выбросить часть обратно в космос.
  • Вулканы выбрасывают много пыли в атмосфера; эта пыль отражает солнечный свет от Земли.
  • Планктон, крошечные морские организмы, чьи рост ускоряется углекислым газом и более высокими температурами, поглощает углерод диоксид, тем самым выводя его из обращения.
  • Океаны поглощают как углекислый газ, так и высокая температура.

Еще более усложняющие процессы усиливают потепление:

  • Диоксид серы, а загрязнитель, который мы скоро будем обсуждать, имеет тенденцию охлаждать Землю, и в наших усилиях по устранению загрязнения мы уменьшаем это охлаждение эффект.
  • Таяние вечной мерзлоты, почвы, подвергшейся замороженный в течение тысяч лет, выделяет метан (природный газ), который является парниковым газом.
  • Бактерии в почве превращают мертвые органические вещества вещества в углекислый газ быстрее при повышении температуры, тем самым увеличивая количество углекислого газа в атмосфере.

Когда все эти факторы максимально точно учитываются нашими На сегодняшний день известно, что, по лучшим оценкам, удвоение количества углекислого газа в атмосфера повысит среднюю температуру примерно на 7 ° F.В неопределенность в этой оценке велика; истинное увеличение может быть всего лишь 3 или целых 15 ° F.

важность этого парникового эффекта стала общественной проблемой из-за недавнее аномально жаркое лето, сопровождающееся засухой, снизили нашу сельскохозяйственную продукцию. В среднем по Земле пять самых теплых лет в прошлом веке были было в 1980-х годах, несмотря на тот факт, что выход солнечной энергии был ниже нормы и что имела место крупная вулканическая активность, которая могла бы обычно снижайте температуру, как описано выше.Является ли эта недавняя аномально теплая погода проявление увеличения парникового эффекта является несколько спорным, но несомненно, парниковый эффект рано или поздно станет важным, если мы продолжаем использовать ископаемое топливо. Там поэтому существует сильный консенсус как среди ученых, так и среди защитников окружающей среды. сообществам, что парниковому эффекту следует уделять первоочередное внимание.

С мы делаем упор здесь на производство электроэнергии, мы сконцентрировали наши обсуждение углекислого газа от сжигания ископаемого топлива, но это только часть рассказа о парниковом эффекте.Остальные аспекты обсуждаются в Приложении к Главе 3. Теперь обратим внимание на последствия этого глобального потепления.

ПРОГНОЗИРУЕМЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА

В декабре 1987 года Конгресс США запросил отчет у Управления по охране окружающей среды. Агентство по охране окружающей среды (EPA) об ожидаемых последствиях для здоровья и окружающей среды от парникового эффекта. В следующее обсуждение основано на этом отчете. 2

Сельское хозяйство особенно чувствителен к климату.За Например, жаркое и засушливое лето 1988 г. снизило урожайность кукурузы на Среднем Западе на 40%. Но при долгосрочном планировании посевы могут быть изменены, чтобы компенсировать изменение климата. Более того, повышенный уровень углекислого газа приведет к благотворно влияет на сельское хозяйство, так как углекислый газ в воздухе основной источник материала, из которого растения производят пищу.

По оценке EPA, юг сильно пострадает, поскольку температура станет слишком жарко для большинства культур, особенно для сои и кукурузы.Флорида является исключением, так как выращивание цитрусовых поможет, и тропические фрукты могут стать основным новым продуктом. Району Великих озер поможет более длительный вегетационный период. Урожайность в Миннесота будет увеличена на 50-100% с гораздо меньшими выгодами в других местах. Выращивание кукурузы станет затруднительным в Иллинойс, но его можно заменить сорго. Больше всего пострадает регион Великих равнин, так как он уже несколько маргинальный для сельского хозяйства. Его основные от зерновых культур, пшеницы и кукурузы, вероятно, придется отказаться.

Live проблемы на складе будут увеличиваться. Высокая температура стресс снизит размножение. Некоторые из болезни скота, которые сейчас поражают Юг, переместятся на север, и новые тропические болезни захватят юг. Проблемы с сельскохозяйственными вредителями будут умножаться. Больше вредителей выживут в тепле зимы, и они будут производить больше поколений в течение более длинного лета.

В резюме, пока будет много сбоев и требований к корректировки, EPA не ожидает, что нехватка продовольствия станет критической в Соединенные Штаты.Проблем могло быть больше сложно в других частях мира.

Леса ждут тяжелые времена. Каждый тип дерева требует определенного климата. Таким образом, ареал произрастания каждого вида сместится к северу на От 100 до 600 миль. Это звучит безобидно, но периоды адаптации будут трудными, с большим количеством вымирания в Юг и медленное наращивание на Севере. Леса постоянно подвергаются стрессу от насекомых, болезней, конкуренции. с другими растениями, огнем, ветром и т.п.Дополнительный стресс от изменения климата обязательно вызовет проблемы. Большое количество исследований и планирования быть необходимо, чтобы справиться с этим.

А значительная часть городов США находится на морском побережье и, следовательно, близко к морю. уровень — Бостон, Нью-Йорк, Балтимор, Вашингтон, Майами, Новый Орлеан, Хьюстон, Сан-Диего, Лос-Анджелес, Сан-Франциско и Сиэтл, и это лишь некоторые из них. Если бы весь снег и лед растаяли, уровень моря поднимется на 270 футов, что достаточно, чтобы затопить почти все эти города и обширные другие районы нации.Если имеется тенденции сохраняются, через 200-500 лет будет подъем на 20 футов. Разумная оценка для середины следующий век — 1,5-3 фута. 3-футовый рост приведет к затоплению основных районов Бостона, Нью-Йорка, Чарльстона, Майами и особенно Новый Орлеан, и в целом уменьшит площадь Соединенных Штатов. Штаты по площади равны штату Массачусетс. Большая часть этой потери земли будет в Луизиане. и Флорида. Барьерные острова прочь наши побережья, включая Атлантик-Сити и Майами-Бич, столкнутся с серьезными проблемами.

В в целом, каждый подъем уровня моря на 1 фут сдвигает береговую линию на 50–100 футов на северо-востоке, 200 футов в Каролинах, от 200 до 400 футов в Калифорнии, 100 до 1000 футов во Флориде и нескольких миль в Луизиане. Наводнение, которое когда-то было вызвано штормами. 100 лет можно ожидать примерно каждые 15 лет. Поскольку ураганы возникают в теплой воде (выше 79 ° F), их можно было бы ожидать больше.

Внутренний проникновение соленой воды вызовет множество трудностей для водных жизнь. Это уже убавляет устрицу урожаи в Чесапикском заливе. Нью-Йорк Город получает питьевую воду из реки Гудзон чуть выше нынешнего. проникновение соленой воды; это должно быть изменено. Филадельфия и несколько других городов похожие проблемы. Загрязнение грунтовые воды с солью будут широко распространенной проблемой, особенно во Флориде.

Для ценные земли, такие как города, могут быть приняты эффективные меры для борьбы с наводнениями от повышения уровня моря.Дайки могут быть построены с системами откачки большой емкости, чтобы справиться с переполнением, как в Голландии. Это может быть использовано для защиты крупных городов США. против повышения уровня моря на 6 футов за 30–100 миллиардов долларов. Новые здания можно строить на более высоких земля, назад от берега. Заполнить банку быть добавлено, чтобы поднять землю, используемую для нового строительства. Опять будет много проблем, но при грамотном планировании их можно решить или, по крайней мере, отложить.

Там также вызывает беспокойство водно-болотных угодий, которые важны для водоплавающих птиц и некоторых виды водной флоры и фауны.Это займет только небольшое повышение уровня моря сократит общее количество водно-болотных угодий США вдвое.

Повышение Уровень океана не обязательно означает повышение уровня в реках и ручьях. Например, уровни Великих озер прогнозируется падение на 2-5 футов из-за парникового эффекта, уменьшающего количество осадков и увеличение испарения. Это будет вызвать проблемы с транспортировкой и водоснабжением городов и поселков.

Дикий животные и растения должны адаптироваться к климатическим изменениям, и есть много потенциальных трудности.В некоторых ситуациях животные могут просто двигаться, но не всегда. Медведям гризли в парке Йеллоустоун некуда было бы пойти и наверное, вымерли бы. Другой жертвами парникового эффекта, вероятно, станут пантеры, белоголовые орланы и пятнистые совы.

Насекомое можно ожидать, что чума вызовет множество проблем для деревьев, так как будет увеличиваться наводнения и засухи. Лесные пожары будут встречаются чаще. Кислотный дождь проблемы, которые будут обсуждаться позже, станут еще хуже.Это будет непростое время для лесов или животных, которые населяют их.

Пока все это происходит в Соединенных Штатах, в остальном мире также будут затронуты. Когда думаешь о повышении уровня моря на ум приходит Голландия. Две трети его суши сейчас находится ниже уровня моря, и даже сейчас это защищен дамбами от подъема уровня моря на 16 футов во время штормов. За 5-10 миллиардов долларов Голландию можно защитить против дальнейшего подъема на 3 фута.В этом деле действительно помогают технологии. Ожидается, что Бангладеш с его низкотехнологичным обществом сильно пострадает от наводнений, поскольку уровень моря поднимается.

Один могли бы подумать, что Канада выиграет от более теплого климата, но есть много осложнения. С подъемом океанов и падение уровня воды в Великих озерах, морской путь Святого Лаврентия будет в беда. Южный Онтарио, в котором самые продуктивные сельскохозяйственные угодья в Канаде, могут пострадать от засухи из-за ураганов и дожди, которые они приносят, движутся на север, а более высокие температуры вызывают увеличение испарение.Западный пшеничный пояс также будет угрожать засуха. Но помимо этих местных проблем, обычно парниковый эффект вызывает сельское хозяйство двинуться на север, и Канада может приспособить много северных движение. Линия деревьев движется на север на около 35 миль на каждый градус по Фаренгейту повышения глобальной температуры.

Большая часть вышеприведенное обсуждение основано на том, что произойдет к середине следующего век. Но это еще не конец Это.Пока мы сжигаем ископаемое топливо, климат Земли будет продолжать нагреваться. Единственное решение — сильно уменьшить сжигание угля, нефти, и газ. Замена ядерной энергии для сжигания угля для выработки электроэнергии и замены электричества для нефти и газа в отопительных зданиях и, в некоторой степени, на транспорте, может играют важную роль в этом процессе.

КИСЛОТНЫЙ ДОЖДЬ

В в дополнение к объединению углерода и водорода из топлива с кислородом из воздух для производства углекислого газа и водяного пара, сжигание ископаемого топлива включает другие процессы.Уголь и масло содержат небольшие количества серы, обычно от 0,5% до 3% по весу. В процессе горения сера соединяется с кислородом в воздухе, чтобы произвести диоксид серы, который является наиболее важным источником кислотных дождей. Воздух состоит смеси кислорода (20%) и азота (79%) и при очень высоких температурах их молекулы могут объединяться с образованием оксидов азота, других важных причина кислотного дождя. Диоксид серы и оксиды азота подвергаются химическим реакциям в атмосфере, превращаясь в серную кислота и азотная кислота, соответственно, растворяются в каплях воды, которые в конечном итоге может упасть на землю в виде дождя.Этот поэтому дождь бывает кислым.

Химики измерять кислотность с точки зрения pH по шкале от 0 до 14. По этой шкале pH 0 соответствует максимальной кислотности, pH 7 — нейтральный, pH 14 — максимальная щелочность, которая является противоположность кислотности. Каждая единица pH представляет собой 10-кратный коэффициент кислотности. Например, pH 4 в 10 раз более кислый, чем pH 5. Некоторые примеры значений pH составляют 1,2 для серная кислота в автомобильных аккумуляторах, 2 для лимонного сока или уксуса, 3 для яблочный сок, 4 для томатного сока, 5 для морковного сока, 6.3 для молока, 7,3 для кровь, 8,5 для мыла и 13 для щелока, который является почти чистой щелочью.

У нас есть видно, что в Атмосфера. Это растворяется в воде капли с образованием угольной кислоты, известной нам как газированная вода или сода воды. В результате «натуральный» дождь несколько кислый, с pH около 5,6. Другие природные факторы, такие как вулканическая активность, также вносят свой вклад, вызывая большие колебания pH.Осадки Уровень pH до 4,0 наблюдался даже в местах, удаленных от воздействия горение топлива, как в Антарктиде и Индийском океане.

Там свидетельствует о том, что дождь становится более кислым из-за серных и азотная кислота от сжигания ископаемого топлива. Например, одно исследование показало, что на востоке США pH дождя находился в диапазоне 4,1–4,5 в 1980-х годах по сравнению с 4,5–5,6 в 1950-х годах.

После идет дождь, он просачивается сквозь землю, растворяя материалы из почва.Это изменяет его pH и вводит в воду другие материалы. Если почва щелочная, кислотность воды будет нейтрализована, но если она кислая, может повышаться кислотность воды. Эта вода используется растениями и деревьями для своего пропитания. со временем впадает в реки и озера. Были различные сообщения, указывающие на то, что ручьи и озера становится более кислым в последние годы, хотя эффекты, похоже, сильно варьируется и не тесно коррелирует с выбросами диоксида серы и оксиды азота.Исследование Адирондак озер между 1975 и 1985 годами было обнаружено, что одна четверть стала более кислой, одна четверть (в том числе некоторые менее 5 миль) стало менее кислотным, а остальные остались без изменений. Эти выводы были явно безрезультатно. Среди прочего, кислотный дождь наиболее часто обсуждаются вопросы, которые делают озера непригодными для жизни рыб и других водных организмов. жизнь и уничтожает леса. На обоих по этим вопросам доказательства очень сложны, и на их разработку потребовалось много лет, и это до сих пор не совсем однозначно.Но к настоящему времени большинство ученых убеждены, что последствия реальны и серьезно в некоторых областях.

Один из проблема в том, что трудно быть уверенным в каком-либо конкретном площадь. Из 50 000 озер в северо-восток США, 220, в основном в горах Адирондак Нью-Йорка. Йорк, у меня нет рыбы, потому что вода слишком кислая. Поскольку туризм очень важен в регионе Адирондак, это имел серьезные экономические последствия, которые можно отнести к кислотным дождям, и жители очень расстроены этим.С другой стороны, нет никаких свидетельств того, что в те озера. Окружающая почва естественно очень кислый, что, безусловно, частично отвечает за кислотность озер. Более того, нет указание на то, что кислотность изменилась в последние годы.

А Комитет Национальной академии наук 3 исследовал проблему оценка кислотности до 1800 года. Они проанализировали ископаемые остатки микроорганизмов на дне озера. отложения.Из девяти Адирондаков озера, по которым доступны эти данные и информация о популяциях рыб, шесть показали явные признаки повышенной кислотности. Например, pH озера Big Moose Lake упал с 5,8 до 1800 г. до 4,9. в настоящее время, а количество видов рыб в озере сократилось с 10 в 1948 году. до 5 или 6 в 1962 году. Обычно требуется много сотен или тысяч лет, чтобы это большое изменение произошло через естественные процессы. Национальный Комитет Академии наук пришел к выводу, что причиной этих явлений являются кислотные дожди. изменения.

Проблема уничтожения лесов не менее сложна. Наиболее подробное исследование было проведено в Германия, где серьезно пострадал деревья. 4 В 1982 г. он затронул 8% всей территории Западной Германии. деревья, и к 1987 г. были затронуты 52%. С Немцы бережно относятся к своим лесам, это для них первоочередная задача. В то время, когда политическая проблема установка ядерных ракет Pershing на немецкой земле достигла своего пика. шаг, опрос показал, что гибель лесов была самой большой проблемой Немецкая публика.

Исследование одного конкретного леса пришел к выводу, что деревья подвергались стрессу от множество факторов, но кислотный дождь был «соломинкой, которая сломала верблюду назад. «Он растворил алюминий. почвы — около 5% всей почвы составляет алюминий — и этот токсичный элемент был подобраны у корней деревьев. Нет только токсичность алюминия нанесла прямой вред деревьям, но алюминий был взят вместо кальция и магния, которые имеют решающее значение для питание дерева.Проблема была в в составе азотной кислоты под дождем, действующей как удобрение для ускорения рост деревьев в то время, когда не хватало важных питательных веществ. Из-за этого стресса деревья были поддаваться тому, что обычно считается несмертельным нападением насекомых, усугубляемых засуха.

Деревья страдают от болезней во многих частях мира, и кислотные дожди подозреваются в способствуя проблеме. Премьер Примером могут служить ели в Аппалачских горах, которые отмирают от От Новой Англии до Северной Каролины.В этом ситуация, деревья находятся на большой высоте, где их окутывает туман большую часть времени. Кислотность в считается, что туман вносит важный вклад в ущерб — кислотность, которая имеет то же происхождение, что и кислотные дожди, в основном это выбросы угольных электростанций.

Некоторые из самые важные проблемы, вызванные кислотными дождями, носят политический характер. Диоксид серы и оксиды азота, которые потому что кислотные дожди идут далеко, в других штатах или других странах.Кислотный дождь, разрушающий озера и леса на востоке Соединенных Штатов и Канады происходят от сжигания угля электростанции на Среднем Западе. (Озера и леса Среднего Запада не пострадали от этих выбросов, потому что почва в этом регионе, естественно, менее кислая). Кислотные дожди, разрушающие озера и леса в Скандинавии, происходят в Великобритании и Западной Европе, и последнее также способствует повреждению Немецкие леса. Это естественно для люди очень расстраиваются из-за потерь, причиненных другим, и требуют действие.

Кислота дождь из источников в США — одна из приоритетных политических проблем Канады. В любых встречах лидеров двух страны, канадцы настаивают на том, чтобы это было приоритетным вопросом. Они настаивают на действиях США по сокращению серы. выбросы диоксида, и из-за того, что мы высоко ценим канадский дружба, они, вероятно, получат это. В 1989 году администрация Буша представила новый закон о чистом воздухе. что требует сокращения выбросов диоксида серы вдвое к концу век.По оценкам, это будет увеличить стоимость электроэнергии от сжигания угля примерно на 20%. Это все еще не сталкивается с проблемой оксиды азота, для которых не существует очень эффективной технологии контроля.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА

парниковый эффект и кислотные дожди привлекли больше внимания СМИ и, следовательно, больше общественного беспокойства, чем общее загрязнение воздуха. Это сложно понять, потому что парниковый эффект вызывает только экономический ущерб, а кислотные дожди убивают только рыбу и деревья, в то время как загрязнение воздуха убивает людей и вызывает человеческие страдания из-за болезней.

У нас есть уже описал процессы, которые производят диоксид серы и азот оксидов, которые являются важными компонентами загрязнения воздуха, а также причиной кислотный дождь. Но многие другие процессы также участвует в сжигании ископаемого топлива. Когда углерод соединяется с кислородом, иногда с оксидом углерода, возникает опасный газ, вместо углекислого газа. Тысячи других соединений углерода, водорода и кислорода, классифицированных в виде углеводородов или летучих органических соединений также образуются при сжигании ископаемого топлива.Во время горения часть углерода остается несгоревшей, а некоторые другие материалы в угле и нефти не горючие; они выглядят как очень маленькие твердые частицы, называемые твердые частицы, размер которых обычно составляет менее одной десятитысячной дюйма в диаметром, и парить в воздухе в течение многих дней. Дым — это общий термин, используемый для обозначения частиц, достаточно крупных, чтобы их можно было видимый. Некоторые из органических соединений образующиеся в процессе сгорания присоединяются к этим частицам, включая некоторые которые, как известно, вызывают рак.Каменный уголь содержит следовые количества почти всех элементов, включая токсичные металлы, такие как бериллий, мышьяк, кадмий, селен и свинец, и они высвобождаются в различные формы, как горит уголь.

Все из Вышеуказанные загрязнители образуются и выделяются непосредственно при сгорании процесс. Через некоторое время после их освобождения оксиды азота могут соединяться с углеводородами в присутствии солнечного света, чтобы образуют озон, один из самых вредных загрязнителей. Или могут образовываться другие соединения, такие как PAN, который наиболее известен как причина слезотечения в Лос-Анджелесе смог.

Давайте Обобщите некоторые известные воздействия этих загрязнителей на здоровье: 5

  • Диоксид серы связанные со многими типами респираторных заболеваний, включая кашель и простуду, астма, бронхит и эмфизема. Исследования показали повышенный уровень смертности из-за высокого уровня диоксида серы среди людей с заболеваниями сердца и легких.
  • Оксиды азота могут раздражать легкие, вызывают бронхит и пневмонию и снижают сопротивляемость респираторным инфекциям например грипп; на более высоких уровнях он может вызвать отек легких.
  • Окись углерода химически связывается с гемоглобин, вещество в крови, которое переносит кислород к клеткам, и таким образом уменьшает количество кислорода, доступного тканям тела. Окись углерода также ослабляет сердечные сокращения, что еще больше снижает поступление кислорода и может быть фатальным для людей. с пороком сердца. Даже при низком концентрации он может повлиять на умственное функционирование, остроту зрения и внимательность.
  • Твердые частицы при вдыхании могут поцарапать или иным образом повредить дыхательную систему, вызывая острые и / или хронические респираторные заболевания.В зависимости от своего химического состава они могут способствовать другим неблагоприятным последствиям для здоровья. последствия. Например, бензо-а-пирен, хорошо известен как вызывающий рак агент из-за его воздействия на сигареты курит, прилипает к поверхности твердых частиц и попадает в организм, когда они вдохнул.
  • Углеводороды вызывают смог и имеют важное значение в образовании озона.
  • Озон раздражает глаза и слизистые. оболочки дыхательных путей.Это влияет на функцию легких, снижает работоспособность, вызывает боли в груди, кашель и застойные явления в легких, а также повреждает иммунную систему.
  • Летучие органические соединения включают множество вещества, о которых известно или предполагается, что они вызывают рак. Среди них выделяется группа под названием полициклических. ароматический , который включает бензо-a-пирен, упомянутый выше.
  • Токсичные металлы имеют множество вредных последствия. Кадмий, мышьяк, никель, хром и бериллий могут вызывать рак, и у каждого из них есть дополнительные собственное вредное воздействие.Свинцовые причины неврологические расстройства, такие как судороги, умственная отсталость и поведенческие расстройства, а также способствует повышению артериального давления и сердечно-сосудистых заболеваний. болезнь. Селен и теллур влияют дыхательная система, вызывая смерть при более высоких концентрациях.

Это хорошо известно, что токсичные вещества, действующие в комбинации, могут иметь гораздо больше серьезные последствия, чем каждый действует в отдельности, но мало что известно в деталях по этому поводу.Информация о количество загрязнителей воздуха, необходимое для возникновения различных эффектов, также очень велико. ограничено. Однако мало что может быть сомневаюсь, что загрязнение воздуха — убийца.

Наиболее четкие доказательства связи загрязнения воздуха с повышением смертности получены из несколько катастрофических эпизодов 6 , в которых большое количество эксцессов смертельные случаи произошли во время высоких уровней загрязнения, во всех случаях вызванных горение угля в связи с неблагоприятными погодными условиями. В эпизоде ​​декабря 1930 года в Маасе В долине Бельгии было 60 дополнительных смертей и 6000 заболеваний. В октябрьском эпизоде ​​1948 года в Donora, В Пенсильвании за 4 дня умерло 20 человек (против 2, как обычно ожидалось). период, в течение которого заболели 6000 из 14000 жителей долины. В Лондоне было не менее восьми серий между 1948 и 1962 годами, в каждом из которых были зарегистрированы сотни дополнительных смертей, самый крупный в декабре 1952 года, когда погибло 3500 человек. В Нью-Йорке было три эпизода с участием более сотни смертей, одна в ноябре 1953 г. унесла жизни 360 человек, другая — в январе-феврале. 1963 г., когда погибло 500 человек, а третье место в ноябре 1966 г. — 160 человек. летальные исходы.Во всех этих случаях уровень смертности резко вырос, когда измеренные уровни загрязнения воздуха достигли очень высокие значения и упали, когда последний снизился.

Рис. 1 — Уровень смертности (смертей / год на 1000 населения) мужчин в возрасте 50-69 лет по сравнению с годовым доходом и загрязнением воздуха в районе Буффало, штат Нью-Йорк, в котором они живут.

В лучший метод для установления связи между «нормальными» уровнями загрязнение воздуха и преждевременная смертность — путем сравнения показателей смертности между разными географическими районами с разным средним уровнем загрязнения воздуха уровни.Конечно есть и другие факторы, влияющие на уровень смертности, которые различаются в зависимости от географического региона, например социально-экономические условия; данные необходимо тщательно проанализировать, чтобы исключить эти факторы. В качестве примера на рис.1. показывает график годовых показателей смертности мужчин в возрасте 50-69 лет в различных переписи населения. площади Буффало, штат Нью-Йорк, в 1959-1961 гг. по сравнению со средним годовым доходом и среднее загрязнение воздуха. 7 Это Из рисунка 1 видно, что для каждого диапазона доходов уровень смертности увеличивался. с повышением уровня загрязнения.А математический анализ разделяет два эффекта, создавая опасность для воздуха только загрязнение. Был количество других подобных исследований, 8 , сравнивающих различные города в Соединенные Штаты, все округа в Соединенных Штатах, различные города в Англия и так далее. Кроме того, был проведен ряд исследований 9 показателей смертности в данном городе, особенно Нью-Йорк и Лондон (также в нескольких других американских городах и Токио), на изо дня в день, соотнося их с уровнями загрязнения воздуха.В них нет никаких осложнений от социально-экономические факторы, поскольку они не меняются изо дня в день. Однако есть погодные факторы, которые должны быть удаленным математическим анализом, чтобы определить влияние воздуха только загрязнение.

Эти исследования установили сильную корреляцию по времени между подъемом воздуха уровни загрязнения и смертности. Также существуют многочисленные исследования 10 временных заболеваний, включая госпитализацию, анкетирование, измерения легочного функции и т. д. в Нью-Йорке, Лондоне, Чикаго, пяти городах Японии, Роттердам, Осло и другие, все указывает на сильную корреляцию с аномально высокий уровень загрязнения воздуха.

Управление здравоохранения и экологических исследований Министерства энергетики США спонсировал многолетнее исследование исследовательской группы Гарвардского университета для оценки все доступные исследования. Его вывод заключался в том, что загрязнение воздуха, вероятно, является причиной около 100 000 смертей на год в США. 11 Эти смерти происходят в основном от болезней сердца и легких. Кроме того, считается, что воздух загрязнение вызывает около 1000 смертей от рака в год. 6

оценка 100 000 смертей в год означает, что 1 американец из 30 умирает как результат загрязнения воздуха. Наиболее агенты окружающей среды, которые привлекают большое внимание средств массовой информации и общественное беспокойство, такие как как алар в яблоках, запрещенных пестицидах, ПХД и формальдегиде, дают тем, кто подвергся воздействию, менее одного шанса из 100 000 умереть от их эффектов. Мы видим, что загрязнение воздуха, которое дает 1 шанс из 30, составляет тысячи раз вреднее.

Пока доказательства воздействия загрязнения воздуха на здоровье неоспоримы, достигая понимание их оказалось очень сложной задачей. Исторически сложилось так, что загрязняющие вещества наиболее легко и поэтому наиболее часто измерялись диоксид серы и взвешенные твердые частицы; таким образом, почти все корреляционные исследования основывались на их. До конца 1970-х годов это было широко распространено мнение, что именно эти материалы на самом деле ответственны за ущерб здоровью.Тем не менее, животные, подвергшиеся воздействию очень высокий уровень этих материалов в течение длительного периода времени не показал последствия. Более того, мужчины профессионально подвергается воздействию диоксида серы в 100 раз превышающем нормальные уровни наружного воздуха из источники охлаждения, нефтеперерабатывающие заводы и целлюлозно-бумажные комбинаты не были серьезно пострадали. Профессиональные настройки, при которых уровень взвешенных частиц в 100 раз выше, чем средний показатель вне помещения не выявил серьезных последствий для здоровья. 10 В ответ на эти выводы в в середине 1970-х годов была сильная тенденция к обозначению сульфатных частиц, в результате химических реакций диоксида серы с другими химическими веществами в воздух, как виновник, и некоторые до сих пор продолжают поддерживать эту точку зрения; но животные не проявляют никаких побочных эффектов даже при длительном воздействии относительно высоких уровни сульфатных частиц.

Один могли бы сосредоточиться на других компонентах загрязнения воздуха как возможных источниках влияние на здоровье, и есть множество кандидатов на выбор. Большинство из них, в том числе подавляющее большинство летучих органических соединений, не исследовались как причины здоровья последствия. Но нет никаких доказательств или твердое мнение о том, что какое-либо одно вещество является основным виновником загрязнения воздуха. Последствия для здоровья, вероятно, возникают из-за сложное взаимодействие многих загрязнителей, действующих вместе.Мы никогда не сможем понять процесс ни в каком деталь.

Самая большая трудность в попытке связать причины заключается в том, что загрязнение воздуха не убивать здоровых людей одним махом. Он довольно постоянно ослабляет дыхательную и сердечно-сосудистую системы. системы на протяжении многих десятилетий, пока они не рухнут под одним дополнительным оскорблением. Это объясняет, почему нет смертности воздействие на людей, подвергшихся профессиональному облучению, животных и студентов колледжей. в качестве добровольцев в контролируемых тестах. 10

С мы не знаем, какие компоненты загрязнения воздуха вызывают последствия для здоровья, это невозможно знать, какие технологии борьбы с загрязнением будут эффективны в предотвращая их. Часто слышимый заявление «мы можем избавиться от сжигания угля» включает в себя большую часть принятие желаемого за действительное.

Как Можно ли предотвратить большую часть этого загрязнения воздуха с помощью ядерной энергии? Ни один из упомянутых выше загрязнителей не выпущен ядерными реакторами.Каменный уголь сжигание, которое сейчас производит большую часть нашего электричества, на сегодняшний день является самым загрязняющий процесс. По данным EPA по оценкам, 5 сжигание ископаемого топлива на электростанциях производит 64% всех выбросов диоксида серы в США, 27% твердых частиц и 31% выбросов оксиды азота, но менее 1% оксида углерода или углеводороды. Поэтому это разумно предположить, что это вызывает 30 000 из 100 000 смертей на год, вызванный загрязнением воздуха.Промышленное сжигание топлива, которое быстро заменяется электричество, производит 12% диоксида серы, 10% твердых частиц, 22% оксидов азота и 5% летучих органических соединений. Предотвращение этих выбросов сделало бы очень существенный вклад в решение наших проблем загрязнения воздуха. Если бы электромобили были успешными и больше автобусов и железных дорог с электроприводом использовалось, дальнейшие большие успехи будет достигнута, поскольку транспорт отвечает за 84% углерода монооксид, 41% летучих органических соединений и 40% азота оксиды.

Мы тратим около 30 миллиардов долларов в год, чтобы уменьшить загрязнение воздуха, и значительная его часть приходится на угольные электростанции. Замена их атомными станциями, таким образом, сэкономит многие миллиарды долларов в год только в этой области.

ДРУГИЕ ВЛИЯНИЕ ИСКОПАЕМОГО ТОПЛИВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 12

Шестьдесят процентов нашего угля сейчас добывается методом открытой добычи. То есть огромные землеройные машины срывают покровную почву, чтобы добраться до уголь, а затем зачерпните его и загрузите в грузовики.За один ковш эти машины поднимают 300 тонн. Иногда они удаляют около 200 футов покрывающего грунта, чтобы добраться до угля. Это земля движется в гигантских масштабах, и при этом земля сильно покрыта шрамами. Большинство штатов сейчас есть законы, требующие восстановления контура земли и озеленения. Эти законы многое сделали для улучшения ситуация, но реставрация часто оставляет желать лучшего. Наши крупнейшие запасы угля находятся в Регион Вайоминг-Монтана, где восстановление особенно затруднено из-за редкие осадки.Операторы разминирования обязаны внести залог в качестве доказательства намерения восстановить землю после горнодобывающей промышленности, но говорят, что ни одна угольная компания никогда не занималась рекультивацией гарантия исполнения возвращена в Монтане. 12 Более миллиона акров обнаженных земель ожидают рекультивации, и новые земли разрабатываются со скоростью 65 000 акров в год.

оставшиеся 40% нашего угля поступают из подземных шахт, и этот процент в конечном итоге придется увеличивать количество мест для добычи полезных ископаемых — подавляющее большинство наших запасов угля требует подземной добычи.Одно из экологических последствий этого предприятие — кислотный дренаж из заброшенных шахт. Просачивание воды вступает в реакцию с соединениями серы с образованием серной кислоты. кислота, которая со временем просачивается и попадает в ручьи, делая их кислая. Это убивает рыбу и заставляет вода, непригодная для питья, плавания и многих промышленных применений. Существуют методы предотвращения появления этой кислоты. шахтный дренаж, но они довольно дороги и, как правило, реализовано.

Другой Воздействие подземных горных работ на окружающую среду — просадка земли (грунт на поверхность движется вниз по мере обрушения заброшенных шахт ниже), вызывая здания на поверхности трескаться или даже полностью разрушаться.Что-то вроде четверти из 8 миллионов акры, расположенные над угольными шахтами, просели. Около 7% этого проседания пришлось на города, где ущерб очень велик. высокий и трагичный для домовладельцев. Проседание в сельской местности может изменить схему дренажа и сделать землю непригоден для земледелия. По крайней мере, это шрамы земли. Законы, регулирующие полезные ископаемые права освобождают горнодобывающие компании от любой ответственности за ущерб, нанесенный проседание.

Другой воздействие подземных горных работ на окружающую среду — это пожары, возникающие случайно и очень сложно потушить.Немного тлели многие десятилетия. Они выпускают дым, насыщенный загрязнителями воздуха, и их тепло убивает растительность. Конечно, они также уничтожают много каменный уголь. В 1983 году насчитывалось 261 неконтролируемые минные пожары тлеют в Соединенных Штатах.

Уголь часто промывают сразу за пределами шахты для удаления посторонних материалов, а отходы материал после этой стирки скапливается неприглядными кучами. В 1983 году здесь насчитывалось 177000 акров. мусорные банки в Соединенных Штатах, подавляющее большинство в Аппалачах.Многие из эти банки для отходов воспламеняются и горят, являясь источником загрязнения воздуха.

Горное дело уголь — одно из самых неприятных занятий. Шахтер находится в постоянном интимном контакте с грязью, часто без комната, чтобы встать, и покрылась пылью. Идеалисты назвали эту работу непригодной для людей. Хотя было много улучшений в последние годы это все еще одна из самых опасных профессий, регулярно убивая более 100 человек в год в Соединенных Штатах.(В начале этого века он убивал более 1000 человек в год.)

Но наиболее важным воздействием на здоровье угледобычи является болезнь легких. вытекает из того факта, что при вскрытии легкие шахтеров неизменно оказался черным. Та болезнь, которая доставляет много дискомфорта, это не смертельно. Тем не менее, это делает шахтеров исключительно восприимчивыми к эмфиземе и множество других заболеваний легких. 13 Подземные шахтеры имеют более чем в 20 раз риск смерти от силикоз или пневмокониоз, заболевания легких, вызванные воздействием пыли, и около 2.В 5 раз превышает нормальный риск смерти от бронхита, пневмонии или туберкулез. В более молодом возрасте уголь шахтеры здоровее, чем средний человек их возраста, но с возрастом ситуация меняется; угольщики умирают в среднем на 3 года моложе остальных населения того же социально-экономического статуса.

Самый известный экологический эффект от использования нефти в качестве топлива — это нефть разливов, выделенных разливом 40 000 тонн нефти с танкера Exxon Valdez у побережья Аляски в 1989 году.Хотя на очистку было потрачено более миллиарда долларов, многие из пляжи были разрушены, и многие виды водных животных пострадали это не будет исцелено десятилетиями. Но по мировым меркам это не было крупным разливом нефти. В 1979 году модель Atlantic Empress была участвовал в столкновении у берегов Тобаго в Карибском море, разливая 305000 тонн, а в 1978 году Amoco Cadiz разрушили многие километры французских пляжи с разливом 237000 тонн.Есть много более мелких разливов. Только танкеры США разлили в среднем 215 000 тонн в год в 1970-1974 гг. И 380 000 тонн в год в 1975–1979 годы. В любой момент времени более 100 миллионов тонн нефти перевозится судами, поэтому неудивительно, что часть его иногда попадает в воду.

Аварии на суше также могут привести к утечке нефти в океаны. Самый впечатляющий случай такого типа произошел в заливе Кампече, Мексика, в 1979 г., когда скважину нельзя было закрыть в течение 280 дней, в течение которых было разлито 700000 тонн нефти в Мексиканском заливе, что нанесло серьезный ущерб водным организмам.

Наши средства массовой информации уделяют гораздо больше внимания разливам у берегов США. Возможно, самым разрекламированным стал 1969 год. разлив у побережья Калифорнии недалеко от Санта-Барбары, в который ушло 7000 тонн в воду до закрытия колодца. Ущерб, нанесенный нефтью прекрасным пляжам, прекратился в прибрежных водах. бурение в этом районе на 20 лет.

Кажется очевидным, что до тех пор, пока мы интенсивно используем нефть, мы будем загрязнять океаны это и нанесет вред местной водной флоры и фауны.Самые большие разливы на сегодняшний день у наших берегов составили 7000 тонн в 1969 году. и 40 000 тонн в 1989 году, наверное, нам необычайно повезло.

ВЫВОДЫ

В предыдущей главе мы показали, что в Соединенные Штаты в ближайшем будущем, и что они должны будут быть ядерными или горелки ископаемого топлива. В этом в главе мы рассмотрели некоторые недостатки последнего и увидели что они очень существенны.Эти следует иметь в виду, поскольку мы рассматриваем экологические проблемы с ядерной мощность в следующих главах.

ГЛАВА 3 ПРИЛОЖЕНИЕ

Подробнее о парниковом эффекте 14

Углекислый газ отвечает только за половину потепления парникового эффекта Земли. Метан, содержание которого увеличивается за счет утечки природного газа, составляет 18%, и оксиды азота, являющиеся продуктами сжигания ископаемого топлива, составляют 6%.Другой крупный участник — хлорированные фторуглероды (ХФУ), на долю которых приходится 14%. Они знакомы как рабочий материал в кондиционерах, холодильниках и морозильниках, а также в качестве топлива в аэрозольные баллончики. (Другие важные источники метан включает затопленные рисовые поля и коров, изрыгающих газ из желудка.)

Другой причина парникового эффекта — вырубка леса, так как растения забирают углекислый газ из воздуха.Клиринг тропических лесов Амазонки считается особенно серьезным. Во всем мире площадь лесов равна территория штата Вирджиния очищается каждый год. По оценкам, это вызывает 20% парникового эффекта.

Горение древесина (или биомасса) выделяет углекислый газ, но не способствует парниковый эффект, потому что древесина была создана из углекислого газа, который листья деревьев поглощают из атмосферы.

В В 1950 году на долю США приходилось 45% от 1.6 млрд тонн углекислый газ выбрасывается во всем мире, но к 1980 году мировые выбросы увеличился до 5,1 млрд тонн, причем только 27% приходится на США; Западный Доля Европы составляла 23% в 1950 году и 16,5% в 1980 году. Увеличение использования ископаемого топлива в слаборазвитых странах привело к сыграли важную роль в увеличении выбросов.

Вопросы и ответы: Стэнфордский эксперт объясняет, почему мы продолжаем сжигать уголь для получения энергии

Марк Шварц

Из угля вырабатывается больше электроэнергии, чем из любого другого источника энергии, но сжигание угля сопряжено со значительными потерями для человечества и климата.Каждый год ядовитые пары, выделяемые угольными электростанциями, вызывают десятки тысяч преждевременных смертей во всем мире. Угольные предприятия также производят около 30 процентов всех выбросов парниковых газов в мире.

Климатические эксперты говорят, что для предотвращения значительного повышения глобальной температуры миру, возможно, придется почти полностью прекратить производство электроэнергии из угля к 2050 году или предотвратить попадание выбросов угольных электростанций в атмосферу.


Фронтальный погрузчик штабелирует уголь на станции Ниагара-Могавк Дюнкерк в Нью-Йорке.
(Источник: NREL / Дэвид Парсонс)

Но без реальных альтернативных источников энергии многие страны, вероятно, будут полагаться на уголь в ближайшие годы, говорит Марк Тербер, заместитель директора Программы Стэнфордского университета по энергетике и устойчивому развитию и автор книги Coal (Polity Books, 2019). Здесь Тербер обсуждает, почему уголь сохраняется, несмотря на его разрушительные последствия.

Почему вы решили написать книгу об угле?

Если вы сидите в Соединенных Штатах, легко подумать, что уголь уходит.Доля угля в электроснабжении США упала с 50 до менее 30 процентов за последние 15 лет. Во многом это связано с революцией в области сланцевого газа, которая внезапно сделала природный газ дешевле угля для производства электроэнергии. Тем не менее, 30 процентов электроэнергии в США приходится на уголь.

Мировое использование угля продолжает расти, особенно в развивающихся странах. Около 38 процентов мировой электроэнергии вырабатывается из угля, и во многих странах он также используется в промышленности.

Итак, если вы надеетесь как можно быстрее сократить выбросы парниковых газов и загрязнение воздуха, важно понять, почему мы все еще используем так много угля и каковы рычаги воздействия на его отказ.

Почему в мире по-прежнему используется так много угля?

По сути, уголь дешев, если не учитывать его значительные затраты на здоровье и окружающую среду. Кроме того, уголь широко доступен во всем мире, и его относительно легко транспортировать и хранить.

Многие промышленные игроки получают выгоду от использования угля, в том числе угольные компании, энергетические компании, железные дороги, перевозящие уголь, а также производители стали, цемента и алюминия. Они могут сопротивляться изменениям статус-кво, а правительства могут поддерживать их из-за их политического влияния, а также налоговых поступлений и рабочих мест, которые они предоставляют. Тем не менее, опыт США показывает, что использование угля может быстро сокращаться, если оно теряет свои экономические преимущества.


Марк Тербер выступает на конференции в Стэнфорде по вопросам энергетики в
странах с развивающейся экономикой в ​​Мумбаи, Индия.(Кредит: Марк Шварц)

Вы сказали, что мы, возможно, достигли переломного момента, когда дело доходит до угля. Вы можете это объяснить?

Самые богатые страны пытаются постепенно отказаться от угля. Китай, крупнейший производитель и потребитель угля в мире, также стремится выйти на плато в своем потреблении угля.

Между тем, быстрорастущие экономики Южной и Юго-Восточной Азии стремительно строят новые угольные электростанции. Страны с низкими доходами пытаются определить, идти ли им по этому пути или проложить новый курс.

Что произойдет с углем в ближайшие 10 лет, остается открытым вопросом. Когда страны с быстрорастущей экономикой начинают строить свои электрические сети не на угле, а на чем-то другом, тогда мы поймем, что повернули за угол.

Самая большая проблема для этих стран — выяснить, что заменит уголь. Стоимость ветровой и солнечной энергии значительно снизилась, но непостоянный характер этих ресурсов — тот факт, что они доступны только тогда, когда дует ветер и светит солнце, — представляет собой проблему, особенно для небольших и быстрорастущих энергосистем.

Насколько вероятно строительство новых угольных электростанций в Соединенных Штатах?

На мой взгляд, это маловероятно. Природный газ будет слишком дешевым слишком долго. Возобновляемые источники энергии вытеснят уголь из энергобаланса США слишком много часов в году. К тому же климатическая политика слишком неопределенна.

Успешны ли попытки администрации Трампа защитить угольную промышленность?

Дональд Трамп всегда использовал уголь как политический клин.В ходе кампании 2016 года он обвинил Демократическую партию в «войне с углем» во многих бедах в Аппалачах. Фактически, конкурентоспособность природного газа для выработки электроэнергии в сочетании с повышением производительности в угледобыче стоила угольных рабочих мест. Ничто из того, что Дональд Трамп может сказать или сделать, не изменит эту основную динамику.

На самом деле войны с углем никогда не было, но это был очень мощный политический сигнал: «Демократов просто беспокоит проблема изменения климата. Им нет дела до вашего заработка.«Это политический посыл, который находит отклик во многих угледобывающих странах. Он работает в Германии, Польше, Индии — везде, где электорально значимые сообщества зависят от работы в горнодобывающей промышленности.

Климатические эксперты говорят, что нам нужно будет прекратить использование угля, чтобы к середине века выбросы парниковых газов были нулевыми. Это реально?

Типичный расчетный срок службы угольной электростанции составляет 40 лет. Есть много очень новых угольных электростанций в Индонезии, на Филиппинах и в других азиатских странах.Трудно представить, что люди перестанут ими пользоваться. Вот почему мой первый вопрос: как нам перестать строить новые угольные электростанции по всему миру?

Мысль о том, что возобновляемые источники энергии уже могут решить все наши энергетические проблемы, — это принятие желаемого за действительное. Ни одна крупная электрическая сеть еще не достигла в среднем даже 50 процентов возобновляемой генерации. Мы не должны просить бедные страны, которые отчаянно нуждаются в энергии, идти впереди, особенно когда мы, богатые страны, продолжаем сжигать так много угля!

Могут ли богатые страны предложить реальные альтернативы бедным странам?

Богатые страны плохо справились с предложением жизнеспособных альтернатив развивающимся странам.

Я хотел бы получить дополнительную помощь по ряду направлений. Мы можем предложить свои знания о том, как интегрировать более высокие доли возобновляемых источников энергии. Мы можем поддержать развитие атомной энергетики. Мы можем поддержать развитие газовой инфраструктуры. Мы можем предложить финансовые стимулы для строительства электростанций, которые чище угля. Возможно, мы даже сможем создать запас для некоторых ограниченных угольных мощностей в развивающихся странах, более быстро выведя из эксплуатации наши собственные угольные флоты.

Как вы думаете, мы по-прежнему будем использовать уголь через 50 лет?

Надеюсь, что нет.В конечном итоге использование угля несовместимо с благоприятным для жизни климатом. Задача состоит в том, чтобы как можно быстрее разработать экономически конкурентоспособные альтернативы, поскольку сдерживание роста поставок энергии в развивающихся странах неэтично и нереально. Нам нужно гораздо больше тратить на исследования и разработки в области технологий. Нам нужно мобилизовать гораздо больше политической воли для проведения агрессивной климатической политики, включая установление цен на углерод.

Кроме того, нам необходимо связать создание рабочих мест с отказом от угля.Это одновременно моральный и политический императив. Если дело доходит до моей неуверенности в том, что у меня есть работа и обеспечение семьи, а не в моих долгосрочных заботах о климате, беспокойство о работе всегда будет побеждать.

Движение за охрану окружающей среды начинает все больше включать соображения обеспечения средств к существованию в свою политическую деятельность в развитых странах. Он может в дальнейшем интегрировать этот подход в работу по углю в развивающихся странах.

Программа по энергетике и устойчивому развитию является частью Института международных исследований Фримена Спогли в Стэнфорде.

Контакт для СМИ:

Марк Тербер, Программа по энергетике и устойчивому развитию, Стэнфорд: [email protected], (650) 724-9709

Марк Голден, Институт энергетики Прекурта, Стэнфорд: [email protected], (650) 724-1629

Электроэнергия на угле

Электроэнергия на угле Производство энергии на угле

Введение
История
Угольные технологии производства электроэнергии

  • Система пылеугольного угля
  • Циклонные печи
Воздействие на окружающую среду
Ссылки

Введение:
Использование электричества было важной частью U.S. экономика с начала века. Угольная энергетика, признанный источник электроэнергии который обеспечивает огромное количество недорогой и надежной энергии, стал более важно, поскольку поставки нефти и природного газа уменьшаются. В 1995 году уголь в результате сжигания произведено около 55% электроэнергии, производимой в США. кроме того, ожидается, что известных запасов угля хватит на столетия при нынешних нормы использования.

Угольная энергетика — довольно простой процесс. На большинстве угольных электростанций куски угля измельчаются в мелкий порошок и отправляются на сжигание блок, где он сгорел.Тепло от горящего угля используется для производства пар, который используется для вращения одной или нескольких турбин для выработки электроэнергии.

История:
Уголь играет важную роль в производстве электроэнергии с момента первого электростанции, построенные в США в 1880-х гг. Раннее электростанции использовали древесину или уголь ручной подачи для нагрева котла и производства пара. Этот пар использовался в поршневых паровых двигателях, которые вращали генераторы. производить электричество.

В 1884 году более эффективная высокоскоростная паровая турбина была разработана Британский инженер Чарльз А. Парсонс, заменивший паровые машины для выработки электроэнергии.

В 20-е годы прошлого века было разработано сжигание угольной пыли. Этот процесс принесли преимущества, которые включали более высокую температуру горения, улучшенный тепловой КПД и меньшая потребность в избыточном воздухе для горения.

В 1940-х годах была разработана циклонная печь.Эта новая технология позволили сжигать уголь более низкого качества с меньшим образованием золы и большая общая эффективность.

В настоящее время угольная энергетика все еще основана на тех же методах, что и 100 лет назад, но улучшения во всех сферах позволили угольной энергетике быть недорогим источником энергии, так широко используемым сегодня.

Угольные технологии производства электроэнергии:

Концепция сжигания угля, измельченного в мелкий порошок происходит из убеждения, что если уголь сделать достаточно мелким, он будет гореть почти так же легко и эффективно, как газ.Скорость подачи угля в соответствии с в зависимости от потребности котла и количества воздуха, доступного для сушки и транспортировки пылеугольное топливо контролируется компьютерами. Куски угля раздавливаются между шариками или цилиндрическими роликами, которые перемещаются между двумя треки или «гонки». Затем сырой уголь подается в измельчитель вместе с воздух нагревается примерно до 650 градусов по Фаренгейту от котла. Когда уголь раздавливается за счет прокатки горячий воздух сушит его и выдувает полезную мелкий уголь порошок для использования в качестве топлива.Порошковый уголь из измельчителя дуть прямо в горелку котла. Горелка перемешивает порошкообразный уголь в пневмоподвеске с дополнительным подогретым воздухом для горения и выталкивает его из сопла подобно тому, как топливо распыляется топливная форсунка в современных автомобилях. В условиях эксплуатации достаточно тепло в зоне горения для воспламенения всего поступающего топлива.

Циклонные печи были разработаны после систем пылеугольного топлива и требуют меньше переработки угольного топлива.Они могут сжигать угли более низкого качества с повышенная влажность и зольность до 25%. Дробленый угольный корм либо временно хранится в бункерах, либо транспортируется непосредственно в циклон печь. Печь представляет собой большой цилиндр с водяной рубашкой. трубы, которые поглощают часть тепла для образования пара и защиты горелки сам от плавления. Высокомощный вентилятор выдувает нагретый воздух и куски угля в один конец цилиндра. В то же время дополнительный подогрев воздух для горения впрыскивается по изогнутой поверхности цилиндра, вызывая закрутка угольной и воздушной смеси в центробежном «циклонном» движении.В завихрение воздуха и угля усиливает горящие свойства, производя высокая плотность тепла (от 4700 до 8300 кВт / м2) и высокая температура сгорания. Горячие газообразные продукты сгорания покидают другой конец цилиндра и входят в котел для нагрева заполненных водой труб и производства пара. Как в процесс сжигания пылевидного угля, все топливо, попадающее в циклон, сгорает при нагнетании, когда печь достигнет своей рабочей температуры. Немного шлака остается на стенах, изолируя горелку и направляя тепло в котел, а остальное стекает через траншею внизу в сборник резервуар, где он затвердевает и утилизируется.Эта способность собирать золу это самое большое преимущество процесса горения циклонной печи. Только 40% золы с выхлопными газами по сравнению с 80% для пылевидных Сжигание угля. Циклонные печи не лишены недостатков. Уголь используемый продукт должен иметь относительно низкое содержание серы, чтобы большая часть золу растопить для сбора. Кроме того, для продвигайте более крупные куски угля и с силой проталкивайте воздух через печь, и образуется больше загрязняющих веществ оксидами азота по сравнению с угольной пылью горение.Наконец, фактическая горелка требует ежегодной замены ее футеровки из-за эрозии, вызванной высокой скоростью угля.

Воздействие на окружающую среду:

  • Добыча угля вызывает сильную эрозию, приводящую к выщелачиванию токсичных химикатов. в близлежащие ручьи и водоносные горизонты и уничтожает жителей.
  • Около двух третей диоксида серы, одна треть выбросов диоксида углерода и четверть выбросов оксидов азота в США.С. производятся сжиганием угля.
  • Сжигание угля также приводит к выбросу мелких частиц в Атмосфера. Оксид азота и мелкие частицы в воздухе обостряют астму, снижают функцию легких и вызывают респираторные заболевания и преждевременную смерть для многих тысяч американцев.
  • Смог, образованный оксидом азота и химически активными органическими газами, вызывает урожай, лес и имущественный ущерб. Двуокись серы и оксиды азота соединяются с вода в атмосфере, чтобы вызвать кислотный дождь.Кислотные дожди подкисляют почвы вода убивает растения, рыбу и животных, которые от них зависят.
  • Глобальное потепление в основном вызвано выбросами углекислого газа и несет ответственность минимум на половину утепления.
Артикул:
http://starfire.ne.uiuc.edu/~ne201/1996/kawka/conc.html-conclusion
http://starfire.ne.uiuc.edu/~ne201/1996/kawka/tech.html-Текущая технология
http: //starfire.ne.uiuc.edu / ~ ne201 / 1996 / kawka / history.html-История и фон
http://www.geology.utoledo.edu/programs/courses/2020/MN/c.htm-Coal
http://www.utilityguide.com/1common/coal.html-Utility Guide Coal

Возврат на Технологические проекты Страница

Возврат на домашнюю страницу курса EMS

Уголь грязный. На фоне протестов, почему Новая Англия все еще сжигает ради энергии

Холодной декабрьской ночью около дюжины борцов за климат стояли на железнодорожных путях в лесистой части Западного Бойлстона, штат Массачусетс.Они сбились в кучу, фары и фонари указывали на юг, в сторону приближающегося поезда с углем.

Свет фар в поезде стал ярче, рожки гудели все громче и дольше, но активисты остались на месте. Во время прошлых протестов медленный поезд, направлявшийся в Нью-Гэмпшир, остановился после того, как «разведчики» за несколько миль впереди вызвали диспетчера службы экстренной помощи железной дороги, чтобы сообщить о людях на путях.

На этот раз поезд не подавал признаков замедления.

Активисты наконец сбежали с рельсов , когда поезд находился примерно в 50 футах от них.Никто не пострадал, и поезд продолжил путь к одной из последних оставшихся угольных электростанций в регионе: станции Merrimack Generation в Боу, штат Нью-Гэмпшир.

«Они готовы пойти на все, чтобы доставить уголь на этот завод», — сказала Лила Корман-Глейзер из 350 New Hampshire, одна из тех, кто стоял на путях в ту ночь. « Но мы вернемся и продолжим эту кампанию, пока мы не прекратим использование угля в Новой Англии.»

Когда вы думаете о Новой Англии, уголь, вероятно, не первое, что приходит на ум.Но Новая Англия сжигает его для электричества, хотя и в очень небольшом количестве, и только в те дни, когда спрос на электроэнергию исключительно высок.

Согласно ISO-NE, который управляет сетью, в 2018 году только 1% нашей электроэнергии был получен из угля. Но для тех, кто находится на рельсах, это все еще слишком. Они хотят убить уголь раз и навсегда.

Протестующие записывают, как поезд, перевозящий уголь, приближается к участку путей в Уэст-Бойлстоне, штат Массачусетс (фото любезно предоставлено Настасией Лоутон-Стиклор)

Энергетическая безопасность и незащищенность

На протяжении десятилетий уголь и нефть были основными источниками топлива, обеспечивающими энергию в стране. электросеть.

«Новая Англия полагалась на уголь, как и большая часть страны», — сказал Дэн Долан из Ассоциации производителей электроэнергии Новой Англии, группы, которая представляет компании, производящие электроэнергию и продающие ее в сеть.

Дешевый и простой в транспортировке уголь считался относительно доступным ресурсом для электрификации в таких регионах, как Новая Англия, которая была вынуждена импортировать источники энергии.

«Я люблю говорить, что в последний раз Новая Англия была энергетически независимой, это было в конце 1890-х годов, когда Нантакет был китобойной столицей мира», — сказал Долан.

Внутренняя добыча угля в середине 1970-х годов неуклонно росла после того, как глобальные нефтяные эмбарго и нехватка нефти вызвали озабоченность по поводу энергетической безопасности, сказал Долан. В результате Новая Англия, как и вся страна, начала сжигать больше угля. «Мы, вероятно, использовали бы еще больше угля, если бы не атомные электростанции, такие как« Пилигрим »,« Сибрук »и« Вермонт Янки », которые также были подключены в это время, — сказал Долан.

Со временем Новая Англия перешла на нефть и природный газ, поскольку цены на них снизились.К 2000 году нефть и газ обеспечивали 37% нашей электроэнергии; 18% приходится на уголь. В середине 2000-х годов достижения в технологии гидроразрыва привели к резкому падению цен на природный газ, что ускорило изменение нашей структуры источников энергии. В 2018 году природный газ произвел 49% электроэнергии региона, нефть — 1,1%, уголь — 1%.

Три угольные электростанции остаются в Новой Англии: станции Мерримак и Шиллер в Нью-Гэмпшире и станция Бриджпорт в Коннектикуте. Поскольку станция Шиллер работает редко, а станция Бриджпорт в 2021 году станет электростанцией, работающей на природном газе, активисты сосредоточили свои усилия на Мерримаке.

«Пиковые» установки и мостовое топливо

«Нет причин, по которым мы должны сжигать уголь в Новой Англии в 2019 году», — сказал Тим ДеКристофер из Центра противодействия изменению климата. «Люди знали о смертельном воздействии угля на протяжении десятилетий. Мы знали, что нам нужно прекратить сжигать уголь, чтобы сохранить пригодное для жизни будущее от угрозы изменения климата».

Уголь — один из самых грязных источников энергии, который у нас есть. При его сжигании выделяются ртуть, диоксид серы, свинец, кадмий и другие тяжелые металлы.Проживание рядом с растением увеличивает риск хронических респираторных заболеваний, сердечно-сосудистых заболеваний и преждевременной смерти.

И еще есть выбросы углекислого газа.

C02 от угольных электростанций исторически был одной из основных причин антропогенного изменения климата. На сегодняшний день угольные электростанции по-прежнему составляют 38% мирового производства электроэнергии и практически не демонстрируют признаков сокращения.

ДеКристофер сказал, что жители Новой Англии потребляют меньше энергии и, следовательно, не нуждаются в угле.Не все согласны.

«Эти угольные блоки сейчас играют решающую роль в энергетической инфраструктуре ISO-Новой Англии», — сказал Джим Эндрюс, президент Granite Shore Power, компании, которая владеет станциями Merrimack и Schiller в Нью-Гэмпшире.

В Новой Англии спрос на энергию достигает пика в самые холодные зимние дни и самые жаркие летние дни. Никто не хочет скачков цен на электроэнергию или дефицита электроэнергии, когда это происходит, поэтому ISO-NE призывает «пиковые» заводы восполнить пробел.

«И когда это происходит, наша роль заключается в том, чтобы быть экономичным ресурсом для обеспечения электроэнергией», — говорит Эндрюс.

Например, во время похолодания на прошлой неделе компания Granite Shore Power включила станцию ​​Мерримак, и на уголь внезапно пришлось 3% выработки электроэнергии в регионе.

«Я, конечно, понимаю протесты. Я имею в виду, лично и как организация, мы очень осведомлены об изменении климата и очень поддерживаем появление возобновляемых источников энергии», — сказал Эндрюс. «Но мы также признаем, что мост нужен».

Этот «мост» — это топливо, которое мы будем использовать до тех пор, пока мы не сможем обеспечить доступное энергоснабжение сети с помощью безуглеродных источников, таких как солнце и ветер.

Энергетический рынок Новой Англии предпочитает самое дешевое топливо, и сейчас дешевле время от времени запускать старые угольные электростанции, чем строить новые газовые, особенно если они могут работать всего несколько дней в году.

Итак, хотя уголь, вероятно, не имеет большого будущего в Новой Англии, тот факт, что он вообще может конкурировать, означает, что он играет полезную роль в поддержании низких цен на энергию, сказал Эндрюс.

ДеКристофер не верит в этот аргумент.

«Я думаю, если бы это зависело от рынка, им не потребовались бы десятки миллионов долларов в год в виде субсидий», — сказал он. «И тот факт, что они всегда были в состоянии экстернализовать реальные затраты на сжигание угля, это часть того, что искажает рынок».

Паровые волны от угольной станции Мерримак в Боу, штат Нью-Хэмпшир (Джим Коул / AP)

Рынок форвардных мощностей и налог на выбросы углерода

То, что активисты называют субсидией, является платежной системой, которая поддерживает тепло; это называется форвардным рынком мощности.

Электростанции в Новой Англии получают оплату за производство электроэнергии, и, обещая быть готовыми и доступными для производства электроэнергии, в случае всплеска спроса. Это похоже на то, когда компания платит сотруднику за то, что он дежурит по вызову — сотрудник получает базовую плату независимо от того, вызван ли он на работу. Форвардный рынок мощности в основном позволяет электростанциям делать ставки «по вызову».

«И в рамках этого требования заключаются в том, что они ежедневно участвуют в рынке электроэнергии.Это не означает, что они будут работать каждый день, но каждый божий день они должны предоставлять свою электроэнергию оператору рынка », — сказал Долан.« Это создает сценарий, в котором потребители видят объект, который работает всего за несколько часов в год, но все еще в состоянии поддерживать свою экономическую жизнеспособность … Я не думаю, что это субсидия, я думаю, что это работает рынок ».

Уголь теперь может быть доступным, сказал Долан, но это только потому, что рынок неточно учитывает выбросы CO2.По его словам, исправление — это налог на выбросы углерода.

«Итак, давайте сделаем это. Давайте поставим это на рынок, и оттуда, если уголь сможет выжить, я думаю, что это нормально, [хотя] я думаю, что это будет большой проблемой», — сказал он.

Вполне возможно, что налог на выбросы углерода убьет уголь в Новой Англии, но ни один штат Новой Англии его еще не принял. Тем временем активисты, такие как ДеКристофер и Корман-Глейзер, говорят, что будут продолжать попытки блокировать угольные поезда до тех пор, пока через регион не останутся люди.

Кислотный дождь

Целей: Задачи:

Студенты:

  • Знать, как работает угольная электростанция.
  • Знайте, что серные примеси из угля приводят к образованию кислоты.
  • Узнайте, как горящий уголь связан с кислотным дождем.

11.B.1a Для простой проектной задачи сформулируйте возможные решения.
11.B.1d Испытайте устройство и запишите результаты, используя указанные инструменты, методы и методы измерения.
11.A.2b Сбор данных для исследований с использованием навыков научного процесса, включая наблюдение, оценку и измерение.
11.A.2d Используйте данные для получения разумных объяснений.
11.A.2e Отчет и отображение результатов индивидуальных и групповых расследований.
11.B.2b Разработайте план, дизайн и процедуру для решения проблемы, определяя ограничения (например, время, материалы, технологии).
11.B.2c Создайте прототип конструкции, используя доступные инструменты и материалы.
11.B.2d Испытайте прототип, используя подходящие инструменты, методы и количественные измерения для записи данных.
11.B.2f Отчет о дизайне теста, процессе тестирования и результатах тестирования.
12.C.1a Определение и сравнение источников энергии
13.b.1d Выявить и описать способы, которыми наука и технологии влияют на повседневную жизнь людей.

Научная подготовка учителей

Химический дым, выделяемый различными угольными электростанциями, во многих отношениях вызывает проблемы в окружающей среде, включая образование кислотных дождей.Основная проблема возникает из-за газа, который выделяется в воздух, которым мы дышим, когда сжигается грязный уголь. Хотя уголь в основном состоит из углерода, он содержит такие примеси, как атомы серы и азота. Эти атомы, такие как углерод, азот и сера, выделяются с дымом в виде газов.

Все газовые соединения дыма накапливаются в ближайшей атмосфере Земли, называемой тропосферой, и проходят различные химические реакции в присутствии кислорода и воды, как описано ниже.Из всех газов оксид азота и оксиды серы играют большую роль в образовании кислотных дождей. Кроме того, образуются некоторые парниковые газы, такие как углекислый газ, метан, хлорфторуглероды и т. Д. Известно, что парниковые газы вызывают глобальное потепление, которое представляет собой резкое повышение температуры и изменение климата, которое является сегодня проблемой.

Некоторые из газов, например оксиды азота, вступают в химическую реакцию с солнечным светом в воздухе и производят вредные частицы в воздухе, известные как фотохимический смог. Фотохимический смог представляет серьезную опасность для здоровья, поскольку вызывает такие заболевания, как заболевания легких, эмфизему, бронхит, астму, ослабление иммунной системы организма и даже смерть.В этом эксперименте мы сосредоточимся на оксидах азота и оксидах серы, присутствующих в дыме при сжигании неочищенного угля, который может вызвать кислотный дождь.

Кислотный дождь случается, когда газовые загрязнители, такие как оксиды азота и оксиды серы, вступают в реакцию с молекулами воды в атмосфере; химическая реакция превращения оксида серы в серную кислоту описана ниже. Серная кислота доставляется на Землю, когда идет дождь или снег. Когда идет кислотный дождь, это называется влажным отложением кислоты.Кислотный дождь вреден для человека и окружающей среды. Кислотные дожди могут нарушить водную экосистему, влияя на воспроизводство и выживание водных организмов, которые не могут выжить в кислых условиях. Кислотные дожди также наносят вред почве, лишая некоторых важных организмов способности поддерживать здоровье почвы. Кислотные дожди могут вызвать распространение токсинов в почве, а также вымывание из почвы важных минералов и питательных веществ. В ходе этого эксперимента учащиеся увидят, как из дыма от угольных электростанций образуется кислотный дождь.

Двуокись азота:
Диоксид серы:

Уголь; Ископаемое топливо

Ископаемое топливо — это широко используемый в мире источник энергии. Примерами являются отопление домов, заправка автомобилей и другие источники энергии. Типы ископаемого топлива включают уголь, нефть и природный газ. В этой деятельности мы делаем упор на уголь. Уголь — это природный ресурс, который образуется с геологическими ступенями в течение миллионов лет.Первым этапом образования угля является образование так называемого торфа, который образуется в результате разложения организмов. Однако торф нельзя использовать в качестве топлива, потому что он слишком влажный. Сверху торф должен иметь защитный слой осадка, чтобы предотвратить попадание влаги и он стал более плотным. В зависимости от качества угля существует три различных класса (от самого низкого до самого высокого качества): бурый, битуминозный и антрацитовый. Качество зависит от количества углерода в угле. Уголь более высокого качества горит более эффективно и чисто.Электростанции, работающие на угле, используют его для выработки электроэнергии. Уголь сжигается, чтобы произвести тепло для кипячения воды и пара. Пар вращает турбину, соединенную с генератором, который вырабатывает электричество. При сжигании угля образуются газы, содержащие в основном углерод, серу, азот, водород и кислород. Мы сосредоточимся на влиянии оксидов серы и диоксида углерода на кислотный дождь пласта. При сжигании древесного угля и серы образуется дым, аналогичный дыму многих угольных электростанций. Дым осаждается вместе с водой в виде кислотного дождя, который мы производим в воде в стакане с растворенным в ней дымом.Кислотность очевидна, и мы можем увидеть, что она способна сделать с окружающей средой, наблюдая за растворением куска мела.

Примечание. В этом моделировании используется древесный уголь, потому что это одна из форм угля, поскольку они оба содержат много углерода.

Есть три основных химических реакции, которые имеют отношение к нашей деятельности.

  1. Реакция горения:
  2. Образование угольной кислоты (H 2 CO 3 ):
      Двуокись углерода является основным продуктом реакции горения угля.Двуокись углерода в атмосфере реагирует с водой. Когда газ CO 2 растворяется в молекулах воды, образуется угольная кислота. Ниже показаны все химические реакции, которые происходят при образовании угольной кислоты из диоксида углерода. Угольная кислота — это дипротонная кислота. Он диссоциирует один протон с образованием бикарбоната, а другой протон — с образованием карбоната.

      CO 2 + H 2 OH 2 CO 3

      H 2 CO 3 H + + HCO 3

      HCO2 3 + + CO 3 2-


    * В демонстрации углекислый газ, образующийся при сжигании древесного угля, не изменяет концентрацию углекислоты в воде, потому что вода уже насыщена CO 2 .

  3. Образование серной кислоты (H 2 SO 4 ):
      Уголь содержит много примесей, и сера — одна из них. При сжигании угля сера соединяется с кислородом, и оксиды серы выбрасываются в атмосферу. Диоксид серы (SO 2 ) превращается в триоксид серы (SO 3 ) при взаимодействии с кислородом воздуха. Он реагирует с молекулами воды в атмосфере с образованием серной кислоты, сильной минеральной кислоты. Это делает дождь кислым.В нашей демонстрации дым переносится непосредственно в воду в химическом стакане с образованием серной кислоты. Ниже показаны химические реакции, которые происходят при образовании триоксида серы, который реагирует с водой с образованием серной кислоты.

      2 SO 2 + O 2 2 SO 3

      SO 3 + H 2 OH 2 SO 4

      H 2 SO 4 H + HSO 4


Общая схема демонстрации: Угольные электростанции включают указанные выше химические реакции для сжигания угля и производства электроэнергии.Уголь в основном состоит из углерода; однако угли, используемые на электростанциях, не очищаются полностью. Неочищенные угли моделируются путем смешивания древесного угля и порошка серы. Они будут выделять дым, содержащий двуокись углерода и двуокись серы, при сжигании с использованием реакции горения. Углекислота не образуется, потому что водопроводная вода уже насыщена диоксидом углерода, поэтому она не будет смешиваться с дополнительным диоксидом углерода. Однако диоксид серы будет смешиваться с водой и образовывать серную кислоту, как описано.Это сделает воду кислой и сможет растворить мел в результате химической реакции, описанной выше. Важно, чтобы вы тщательно следовали процедуре с правильным количеством каждого материала, чтобы успешно создать кислую воду с помощью этого метода.
Цель этого упражнения — моделировать электростанцию, сжигающую уголь, и то, как она может нанести вред окружающей среде, производя кислотные дожди.

Не могли бы вы рассказать мне некоторые факты об угле и почему электростанции его используют?

Посмотрим, что такое уголь.

Уголь считается органическим соединением, состоящим в основном из углерода. В нем хранится много энергии, которая может быть высвобождена при сгорании, что и происходит на этих электростанциях. Эти электростанции используют уголь для производства тепла, которое кипятит воду для производства пара. Пар используется для создания турбины, подключенной к генератору электроэнергии. Отсюда происходит электричество из домов и построек.

Итак, как эти электростанции могут влиять на окружающую среду?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно знать, из чего состоит дым, образующийся при сжигании угля.

Уголь, сжигаемый на этих электростанциях, производит дым, который в больших количествах выбрасывается в атмосферу. На электростанциях используются не полностью чистые угли, поэтому они содержат примеси. При сжигании нечистого угля образуется дым, содержащий много химикатов, которые могут нанести вред окружающей среде, вызывая кислотные дожди. Мы сосредоточимся на углекислом газе и оксидах серы, содержащихся в дыму. Углекислый газ вырабатывается в избыточных количествах. Этот газ уже присутствует в нашей атмосфере, но в чрезмерных количествах он может вызвать глобальное потепление, что приведет к аномальному повышению глобальной температуры.Оксиды серы — это еще один тип газа, который выделяется вместе с дымом. Когда он присутствует в атмосфере, это может быть одной из основных причин кислотных дождей на Земле. Кислотный дождь в реальной жизни может быть вредным для растений и водных организмов в реках и озерах.

Расскажите, что, по вашему мнению, означает кислота.

Давайте посмотрим, как мы можем моделировать электростанции, сжигающие уголь, экспериментируя с древесным углем и серой для получения кислой воды.

(Покажите демонстрацию с углем и проверьте кислотность с помощью индикатора pH.Значение pH должно быть нейтральным и объяснять, что это связано с тем, что при сжигании чистого углеродного вещества, древесного угля, образуется только углекислый газ, который не является углеродным веществом электростанций; грязный уголь. Итак, скажите студентам, что сера является одной из примесей в угле, и попросите их выполнить упражнение и проверить кислотность.)

Мы используем древесный уголь для обозначения угля, используемого на этих электростанциях, поскольку они оба имеют одинаковые элементы. Древесный уголь сам по себе производит только углекислый газ, поэтому мы будем добавлять серу в древесный уголь, чтобы имитировать примеси, присутствующие в углях.Когда они сжигаются вместе, они выделяют дым, содержащий двуокись углерода и двуокись серы, которые также присутствуют в дыме, выделяемом электростанциями. Газ будет непосредственно смешиваться с водой, как это происходит с молекулами атмосферной воды. Газ будет производить кислую воду, и это представляет собой кислотный дождь, идущий из атмосферы. Как только кислая вода образуется в результате сжигания серы и древесного угля, мы будем растворять кусок мела, чтобы наблюдать эффекты кислотного дождя в реальной жизни.Мел представляет собой карбонат кальция, который присутствует в окружающей среде в виде известняковых пород. Эти породы обычно не растворяются в нейтральной воде, но могут растворяться в кислой воде, поэтому они подвержены воздействию кислотных дождей. Следует отметить, что сам по себе древесный уголь не делает воду кислой, потому что вода уже насыщена углекислым газом, поэтому добавление серы имеет решающее значение.

Как бы вы проверили кислотность вещества?

Мы будем использовать индикатор pH, который может сказать нам, какова кислотность воды. (Попросите учащихся самостоятельно поэкспериментировать с добавлением серы и проверить уровень pH.)

Кислотность проверяется с помощью индикаторной полоски pH, которая показывает уровень pH воды разными цветами в зависимости от кислотности. Уровень pH ниже 7 указывает на кислотность, а уровень выше указывает на щелочность, а pH 7 является нейтральным, что и является нашей водопроводной водой. Если кислая вода может растворять горные породы, вы можете себе представить, что кислая вода может сделать с организмами, которые обычно живут в нейтральной воде.

(Спросите студентов, что, по их мнению, на самом деле способствует производству кислотных дождей на электростанциях?)

Угольные электростанции производят дым, содержащий вредные газы, такие как диоксид углерода и оксид серы. Из эксперимента вы должны понять, что примеси угля, такие как сера, образуя газообразный оксид серы, вступают в реакцию с водой в атмосфере и спускаются на Землю в виде кислотных дождей. Вот как вредят окружающей среде угольные электростанции!

Демонстрация

Демонстрация включает в себя работу со спичками, поэтому ученики должны хорошо контролироваться.

Мы используем устройство — металлическую банку из-под кофе с отверстиями в верхней части (выход воздуха) и боковым дном (вход воздуха) с пластиковыми трубками, вклеенными в каждую. Стальная сетка образует горящую платформу внутри банки. Верх закрывается пластиковой крышкой банки. Лист бумаги и кусок алюминиевой фольги находятся под пластиком, чтобы он не загорелся. Простой воздушный насос (сильфонного типа) проталкивает воздух через банку для кофе и поддерживает горение. Выходную трубку помещают ниже уровня воды в стеклянный сосуд с примерно 50 мл воды.Воздух из камеры сгорания пузырится сквозь воду.

  1. Наполните химический стакан 50 мл воды и поместите его на держатель стакана.
  2. Включить пылесос
  3. Погрузите одну из воздушных трубок в воду.
  4. Взвесьте 1 грамм древесного угля на весовой лодке.
  5. Поместите уголь на небольшой кусочек Kimwipe и распылите олеиновую кислоту.
  6. Оберните уголь салфеткой Kimwipe и поместите его (с помощью пинцета) в банку для кофе поверх стального держателя.
  7. К банке для кофе должны быть подключены две трубки.Одна трубка проходит внутрь стакана с водой, а другая подсоединяется к воздушному вакууму.
  8. Зажгите спичку и поместите ее на уголь.
  9. Подождите, пока Kimwipe не выгорит и уголь не загорится.
  10. Установите крышку на банку и закройте пластиковой крышкой.
  11. Подождите 10 минут
  12. Проверьте pH воды с помощью индикаторной полоски pH
  13. После подтверждения кислотности бросьте небольшой кусочек мела и понаблюдайте, что произойдет.

Мероприятие

  1. Разделитесь на группы по пять студентов.
  2. Каждая группа напишет свою собственную процедуру демонстрации сжигания угля с добавлением серы.
  3. Группы должны настроить моделирование и успешно производить кислую воду, полученную при сжигании угля.
  4. Группы должны выдвинуть гипотезу о влиянии добавления серы при сжигании угля.
  5. Понаблюдайте за воздействием серы, проверив воду с помощью индикаторной полоски pH, и посмотрите, что происходит с мелом в воде.

стальной экран пластиковая трубка воздушный насос
стакан pH индикатор оливковое масло
пинцет, шпатель банка для кофе с крышкой пластиковая трубка
уголь сера лодка для взвешивания, весы

a) Какие газы выбрасываются угольными электростанциями?

    (Ответ: углекислый газ, оксиды серы, оксиды азота и т.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    *

    © 2011-2021 Компания "Кондиционеры"